Jason Ahrns, en doktorgradsstudent ved University of Alaska-Fairbanks, og andre forskere fra US Air Force Academy og Fort Lewis College - alle deler av et prosjekt sponset av National Science Foundation - har vært på et oppdrag. I sommer har gruppen tatt med til himmelen i National Center for Atmospheric Researchs Gulfstream V-forskningsfly, og logget totalt 30 timer over flere flyvninger, på jakt etter sprites.
Sprites, også kjent som rødt lyn, er elektriske utladninger som vises som rister med rødt lys over skyer under tordenvær. Fordi værfenomenet er så flyktig (spriter blinker bare i millisekunder) og for det meste ikke er synlige fra bakken, vanskelig å observere og enda vanskeligere å fotografere, snarere som de rampete luften i det fantasirike som de er oppkalt etter. Ahrns og hans kolleger har imidlertid tatt ekstremt sjeldne bilder av rød lynet ved å bruke DSLR-kameraer og videokameraer med høy hastighet plassert i flyets vindu. Forskerne håper å lære mer om de fysiske og kjemiske prosessene som gir opphav til spriter og andre former for øvre atmosfæriske lyn.
Hvordan er det å ta bilder av noen av naturens mest kortvarige og uberegnelige trekk? Jeg spurte Ahrns over e-post, og han forklarte hva sprites er, hvorfor de oppstår, hvordan forskere finner dem og hvorfor han er så interessert i de unnvikende fenomenene.
Først av alt, hva er en sprite?
En sprite er en slags elektrisk utladning i øvre atmosfære assosiert med tordenvær. Et stort elektrisk felt, generert av noen lynnedslag, ioniserer luften høyt over skyen, som deretter avgir lyset vi ser på bildene. De ber åpenbart sammenligning med de vanlige lynboltene vi ser hele tiden, men jeg vil påpeke at spritene er mye høyere, med toppene opp i rundt 100 kilometer og høyere. En lyn kan strekke seg rundt 10 kilometer fra skyen til bakken, men en sprite kan bli 50 kilometer høy.
En "manet" -sprite fanget over Republic County, Kansas, 3. august 2013. Bilde med tillatelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Under hvilke forhold oppstår de?
De er assosiert med positive lynnedslag, og det er når skyen har en opphopning av positiv ladning og slipper en lyn. Negative slag, fra en opphopning av negativ ladning, er omtrent ti ganger mer vanlige, så sprites er ikke sterkt forbundet med den vanligste typen lyn, men det er egentlig ikke så uvanlig heller. Mer enn bare et positivt hjerneslag, jo mer belastning som ble flyttet under hjerneslaget, jo større er sjansene for en sprite. Så vi ser etter en stor positiv ladning-øyeblikk-endring, som i utgangspunktet er de positive slagene vektet av hvor mye ladning som ble flyttet. De fleste store tordenvær ser ut til å gi forholdene som fører til sprites, men noen mer enn andre. Vi ser bare etter en storm med en historie med mange store positive ladnings-øyeblikk-endringer og se på den.
Hva er din vitenskapelige bakgrunn? Og hvordan ble du interessert i sprites?
Jeg er først og fremst aurora-forsker, det er det jeg holder på med avhandlingen min ved UAF. Jeg ble involvert i sprites fordi et av medlemmene i kandidatutvalget organiserte disse kampanjene og trengte litt ekstra hjelp. Jeg syntes sprites var fascinerende, og rådgiveren min støttet meg og forgrenet meg litt, så jeg hoppet ombord teamet.
Sprites over Red Willow County, Nebraska, 12. august 2013. Bilde med tillatelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Fra det jeg forstår, er ikke mye kjent om rød lyn, oppdaget for bare 25 år siden. Hva håper du og de andre forskerne på NSF-prosjektet om å lære? Hva er de største spørsmålene du har?
Med denne kampanjen fokuserer vi på tre spørsmål. For det første, hvilke grunnleggende fysiske og kjemiske prosesser som skjer? Det er fremdeles ikke klart hva som egentlig skjer i en sprite, og hvorfor det er forskjellige slags spriter, og hvilke forhold som gir deg en kolonne sprite kontra en gulrot sprite, for eksempel. (Alle sprite-navnene refererer bare til formen.) Har spirer i stor skala innvirkning på den midterste atmosfæren? Sprites representerer helt klart en slags overføring av energi, men er det i en skala som har en betydelig innvirkning på været og klima? Vi kan ikke svare på det uten å studere dem. Og hva kan vi da lære om grunnleggende streamerfysikk? Nørene som kommer fra bunnen av spritene er "streamers" - små ioniseringsballer - som beveger seg rundt. Streamer hastighet og levetid er relatert til lufttetthet, så å studere sprites i den øvre atmosfæren med svært lav tetthet er som å se på streamere med et forstørrelsesglass i sakte film, selv om de fortsatt er ganske raske!
Hvor mange spritejaktoppdrag har du vært på?
Personlig er dette min andre luftkampanje. Den første, i 2011, fløy totalt 40 luftbårne timer, og denne kampanjen gjorde ytterligere 30 timer. Det er sannsynligvis rundt 15ish totalt flyreiser. Det samme mannskapet, minus meg, gjorde en annen luftkamp i 2009.
Ahrns fanget disse blå jetflyene, som ser ut som flammer fra en butanlighter, over Republic County, Kansas, 3. august 2013. I motsetning til spriter, blir blå jetfly ikke direkte utløst av lyn, men ser ut til å være relatert til nærvær av hagl stormer. Bilde takket være Jason Ahrns via Flickr.
Hvilke forhold, tider på døgnet, områder av landet og høyder er ideelle for disse flyvningene?
Midtvesten er produktiv, mest fordi den får disse kraftige tordenværene som varer hele natten. Vi trenger selvfølgelig at det skal være mørkt, men annet enn at nattetid ikke ser ut til å gjøre noe særlig, bare hvor sterk stormen er og hvor mye kraftig positiv lyn det gir. Vi legger merke til at når stormen går bra, produserer den kolonnespriter og gulrotspriter, men når den dør av ser det ut til å gå over til sjeldnere, men større og lysere, maneter. Vi flyr så høyt vi kan komme, vanligvis mellom 41 000 og 45 000 fot, men det er ganske enkelt for å få utsikt over skyene. Vi er fortsatt under sprites.
Lynet varer bare millisekunder, så jeg er spesielt nysgjerrig på hvordan du fotograferer det. Hvilket utstyr bruker du?
For stillbildene satte jeg bare kameraet mitt (en Nikon D7000 og et raskt objektiv) ut mot vinduet og satte et intervallometer slik at kameraet bare snapper bilder konstant. Så går jeg gjennom senere og sletter alt som ikke har en sprite i seg. Det er samme prinsipp som lynfotografering; Det virker som om du må få timingen helt riktig, men det er egentlig bare statistisk. Hvis du klikker på et knippe bilder, vil et av dem få noe før eller siden. Jeg klikker sannsynligvis på størrelsesorden 1000 bilder for hver sprite jeg kommer bort med.
For høyhastighetsvideokameraene har kameraet en buffer som kontinuerlig sykler gjennom de forrige uansett hvor mange videorammer, og når jeg ser en sprite treffer jeg en avtrekker som ber kameraet stoppe og lagre uansett hva det nettopp ble spilt inn. Når vi kjører med 10.000 bilder per sekund, fylles bufferen på omtrent et sekund, så det er hvor lenge jeg må gjenkjenne en sprite og trykke på knappen. Dette kan være ganske beskattende på en treg natt når du ikke må se at ingenting skjer i 45 minutter i strekk og fremdeles være klar med den under ett sekunders reaksjonstid.
Kan du beskrive oppsettet? Hvordan tar du bilder fra flyvinduet?
Et bilde er verdt tusen ord, ikke sant?
Ahrns oppsett nær flyets vindu. Bilde takket være Jason Ahrns via Flickr.
Og for høyhastighetsvideoen ...
Hans oppsett for å ta høyhastighetsvideo. Bilde takket være Jason Ahrns via Flickr.
Vi har en internettforbindelse ombord flyet slik at vi kan se på værforholdene i sanntid. Vi peker bare de ovennevnte kameraene på den mest produktive delen av uværet og venter på sprites.
Hvor sjeldne er bilder som disse du har tatt?
Så vidt jeg kan si, de er ganske sjeldne. Det er noen spritbilder som er tatt med meteorkameraer og webkameraer der ute, men de er vanligvis lav oppløsning på grunn av å være veldig langt borte og bruke vidvinkelobjektiv. Jeg har sett to eller tre sprite bilder tatt med en DSLR, men de er fremdeles fra bakken og et godt stykke unna, og vanligvis bilder av noe annet som hadde flaks med en sprite i bakgrunnen. Jeg har fordelen av å være oppe i luften, nær den sprittproduserende regionen, med en god gjetning om hvor spritene vil vises, så jeg kan bruke en linse med et smalere synsfelt for å fange spriten på nært hold.
Når det gjelder bildene jeg har fått av blå jetfly, så vidt jeg kan si, er de faktisk de første bildene av jetfly tatt med en DSLR. Det er noe fornuftig, fordi jetflyene er mye nærmere toppen av skyene enn sprites så mye vanskeligere å se fra bakken. Å være i lufta er en stor fordel.
Overtatt Red Willow County, Nebraska, 12. august 2013. Bilde med tillatelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Hva synes du om kunstnerisk om bildene, om noe?
Jeg tror det er en veldig annen ordlig starkhet ved dem. Ta for eksempel denne (over). Du har dette fine rolige stjernefeltet, og litt kjølig, beroligende blått lys som kommer opp fra lynet nedenfor. Så BLAM! Denne rare, truende, helt fremmed utseende spriten tar bare over hele scenen, som "Jeg er her, hva skal du gjøre med det?"
Hans Nielsen, hovedetterforsker på kampanjen (og mitt tidligere nevnte komitémedlem), sier at denne (nedenfor) minner ham om de klassiske nederlandske maleriene, med dens sepia-toner og svake uskarphet fra den atmosfæriske disen.
Overtatt Canadian County, Oklahoma, 6. august 2013. Bilde med tillatelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Hva har du hittil lært om sprites ved å delta i dette prosjektet?
Personlig? Da jeg begynte i kampanjen i 2011 visste jeg ingenting om sprites utover Wikipedia-oppføringen. Jeg lærer mer hver kveld om kampanjene, lytter til de andre snakker om forhold på forhånd, hva vi ser under flyvningene og "hva vi gjorde riktig, hva vi gjorde galt" diskusjoner om øl etter flyging. Jeg er fremdeles en nybegynner sammenlignet med de andre gutta, men jeg er nå på et punkt der jeg kan stille spørsmål til de fleste offentlige spørsmål om sprites og sprite jakt.
Hvor og når flyr du neste gang?
Ingenting er satt i stein, men vi vil virkelig fly igjen neste sommer. Forhåpentligvis kan vi få det til.
