Nye oplysninger om gigantiske jetlyn, der når ud mod rummet

En detaljeret 3D-undersøgelse af en massiv elektrisk udladning, der steg 50 miles ud i rummet over et Oklahoma-tordenvejr, har givet nye oplysninger om et undvigende atmosfærisk fænomen kendt som gigantiske jetfly. Oklahoma-udladningen var den mest kraftfulde gigantiske jet, der er undersøgt hidtil, og den transporterede 100 gange så meget elektrisk ladning som et typisk tordenvejrslyn.

Det gigantiske jetfly flyttede anslået 300 coulombs elektrisk ladning ind i ionosfæren - den nederste kant af rummet - fra tordenvejret. Typiske lyn bærer mindre end fem coulombs mellem skyen og jorden eller inden for skyer. Den opadgående udledning omfattede relativt kølige (ca. 400 grader Fahrenheit) streamere af plasma, såvel som strukturer kaldet ledere, der er meget varme - mere end 8.000 grader Fahrenheit.

"Vi var i stand til at kortlægge dette gigantiske jetfly i tre dimensioner med data af virkelig høj kvalitet," sagde Levi Boggs, en forsker ved Georgia Tech Research Institute (GTRI) og avisens tilsvarende forfatter. "Vi var i stand til at se meget højfrekvente (VHF) kilder over skytoppen, som ikke var blevet set før med dette detaljeringsniveau. Ved hjælp af satellit- og radardata var vi i stand til at lære, hvor den meget varme lederdel af udledningen var placeret over skyen."

Boggs arbejdede med et forskerhold med flere organisationer, herunder Universities Space Research Association (USRA), Texas Tech University, University of New Hampshire, Politecnica de Catalunya, Duke University, University of Oklahoma, NOAA's National Severe Storms Laboratory og Los Alamos National Laboratory. Forskningen er rapporteret 3. august i Science Advances .

Steve Cummer, professor i el- og computerteknik ved Duke, bruger de elektromagnetiske bølger, som lynet udsender, til at studere det kraftige fænomen. Han driver et forskningssted, hvor sensorer, der ligner konventionelle antenner, er opstillet i et ellers tomt felt og venter på at opfange signaler fra lokalt forekommende storme.

"VHF-signalerne og de optiske signaler bekræftede endegyldigt, hvad forskerne havde mistænkt, men endnu ikke bevist:at VHF-radioen fra lynet udsendes af små strukturer kaldet streamere, der er helt i spidsen af ​​det udviklende lyn, mens den stærkeste elektriske strøm flyder betydeligt bag dette. spids i en elektrisk ledende kanal kaldet en leder," sagde Cummer.

Doug Mach, en medforfatter af papiret ved Universities Space Research Association (USRA), sagde, at undersøgelsen var enestående til at bestemme, at 3D-placeringerne for lynets optiske emissioner var et godt stykke over skytoppene.

"Det faktum, at det gigantiske jetfly blev detekteret af flere systemer, inklusive Lightning Mapping Array og to geostationære optiske lyninstrumenter, var en unik begivenhed og giver os meget mere information om gigantiske jetfly," sagde Mach. "Vigtigere er det nok første gang, at et gigantisk jetfly er blevet kortlagt tredimensionelt over skyerne med Geostationary Lightning Mapper (GLM) instrumentsættet."

Gigantiske jetfly er blevet observeret og undersøgt i løbet af de sidste to årtier, men fordi der ikke er noget specifikt observationssystem til at lede efter dem, har påvisninger været sjældne. Boggs lærte om Oklahoma-begivenheden fra en kollega, som fortalte ham om et gigantisk jetfly, der var blevet fotograferet af en borger-videnskabsmand, der havde et svagt lys-kamera i drift den 14. maj 2018.

Tilfældigvis fandt begivenheden sted på et sted med et nærliggende VHF-lynkortlægningssystem inden for rækkevidde af to Next Generation Weather Radar (NEXRAD) placeringer og tilgængeligt for instrumenter på satellitter fra NOAA's Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) netværk. Boggs konstaterede, at dataene fra disse systemer var tilgængelige og arbejdede sammen med kolleger for at bringe dem sammen til analyse.

"De detaljerede data viste, at de kolde streamere starter deres udbredelse lige over skytoppen," forklarede Boggs. "De forplanter sig hele vejen til den nedre ionosfære til en højde på 50-60 miles, og danner en direkte elektrisk forbindelse mellem skytoppen og den nedre ionosfære, som er den nederste kant af rummet."

Den forbindelse overfører tusindvis af ampere strøm på cirka et sekund. Den opadgående udledning overførte negativ ladning fra skyen til ionosfæren, typisk for gigantiske jetfly.

Dataene viste, at da udledningen steg op fra skytoppen, blev VHF-radiokilder detekteret i højder på 22 til 45 kilometer (13 til 28 miles), mens optiske emissioner fra lynlederne forblev nær skytoppen i en højde af 15 til 20 kilometer (9 til 12 miles). De samtidige 3D-radio og optiske data indikerer, at VHF-lynnetværk registrerer emissioner fra streamer-corona snarere end lederkanalen, hvilket har brede implikationer for lynfysikken ud over gigantiske jetfly.

Hvorfor skyder de gigantiske jetfly ud i rummet? Forskere spekulerer i, at noget kan blokere strømmen af ​​ladning nedad - eller mod andre skyer. Optegnelser fra Oklahoma-begivenheden viser lidt lynaktivitet fra stormen, før den affyrede det rekordstore gigantiske jetfly.

"Uanset hvilken grund er der normalt en undertrykkelse af sky-til-jord udledninger," sagde Boggs. "Der er en opbygning af negativ ladning, og så tror vi, at forholdene i stormtoppen svækker det øverste ladningslag, som normalt er positivt. I mangel af de lynudladninger, vi normalt ser, kan den gigantiske stråle aflaste opbygningen af overskydende negativ ladning i skyen."

For nu er der en masse ubesvarede spørgsmål om gigantiske jetfly, som er en del af en klasse af mystiske forbigående lysende begivenheder. Det skyldes, at observationer af dem er sjældne og sker ved en tilfældighed – fra piloter eller flypassagerer, der tilfældigvis ser dem, eller jordobservatører, der betjener kameraer med natscanning.

Estimater for hyppigheden af ​​gigantiske jetfly spænder fra 1.000 om året op til 50.000 om året. De er blevet rapporteret oftere i tropiske områder på kloden. Det gigantiske Oklahoma-jetfly – som var dobbelt så kraftigt som det næststærkeste – var dog ikke en del af et tropisk stormsystem.

Ud over deres nyhed kan gigantiske jetfly have en indvirkning på driften af ​​satellitter i lavt kredsløb om jorden, sagde Boggs. Efterhånden som flere af disse rumfartøjer opsendes, kan signalforringelse og præstationsproblemer blive mere betydelige. De gigantiske jetfly kan også påvirke teknologier såsom radarer over horisonten, der afviser radiobølger fra ionosfæren.

Boggs er tilknyttet Severe Storms Research Center, som blev etableret på GTRI for at udvikle forbedrede teknologier til advarsel om alvorlige storme, såsom tornadoer, der er almindelige i Georgia. Arbejdet med gigantiske jetfly og andre atmosfæriske fænomener er en del af den indsats. + Udforsk yderligere

Hvordan slår positivt sky-til-jord-lyn ned så langt væk fra dets oprindelse?