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南亞地區上空的“紅色精靈”。 安久 攝
“紅色精靈”閃電群，你見過嗎？
三年前，兩位中國天文攝影師在青藏高原普莫雍錯北岸，意外記錄到南亞地區雷暴上空上百個“紅色精靈”閃電，這一神奇的現象持續了將近3個小時，仿若煙花綻放，也被攝影師們稱為“大自然最神奇的‘煙花秀’”，引發了全網關注。
這些“紅色精靈”從何而來？近日，中國科學技術大學陸高鵬教授團隊發表文章，將星空作為時間標尺，還原“紅色精靈”事件的發生過程，揭開其背后的秘密。
“紅色精靈”，大自然的“煙花秀”
2022年5月19日深夜，兩位中國天文攝影師在西藏的喜馬拉雅山脈拍攝到罕見的“紅色精靈”閃電群，道道閃電猶如紅色絲線般相互交錯。密集的“紅色精靈”閃電每隔一兩分鐘就會出現一次，有的甚至連續四五個同時出現在一張照片里。
據了解，“紅色精靈”是一種中高層大氣瞬態發光事件，通常出現在雷暴云上方的高空（約30km—90km高度），因其主體顏色為紅色，形態像精靈，且出現時間很短（通常小于1/30秒）而得名。而密集出現的“紅色精靈”，由于像跳集體舞一樣連續閃現，而被稱為“舞蹈精靈”，它通常由一次閃電中的不同放電過程觸發。
在此次事件中，有一半是躍動的“舞蹈精靈”，還有罕見的次生噴流，以及亞洲首例夜間電離層底部綠色發光現象——“鬼火精靈”。
用衛星軌跡反推時間，揭秘南亞“紅色精靈”爆發
中國科學技術大學地球和空間科學學院教授陸高鵬介紹，“紅色精靈”源于雷暴產生的放電現象：“通常大眾所熟知的雷暴多為云對地閃電或者云內閃電，但其實它也有向上的放電現象。這種強烈的電荷釋放會引起空間電場的擾動，從而導致雷暴上方的稀薄大氣中也產生放電現象，‘紅色精靈’就是在這種情況下誕生的。”
而在研究過程中，陸高鵬團隊遇到的第一個問題就是：如何確認每次“紅色精靈”出現的精準時間。
“攝影師拍攝素材缺少精準時間標記，而想要找出觸發‘紅色精靈’的母體閃電，以及開展進一步研究，都需要時間信息。”于是，陸高鵬團隊便從既有視頻素材入手，以星空作為時間“表盤”，提取精準時間，“星空中的人造衛星發射光就是非常好的‘時間標尺’，衛星的軌道是確定的，根據衛星的位置就能反推出時間。”
研究團隊利用星空背景和衛星運動軌跡，還原了視頻拍攝時間，將時間誤差縮小在1秒內。
有了時間信息之后，陸高鵬團隊經過比對研究發現，“紅色精靈”的母體閃電主要為大峰值電流的正極性地閃，發生在從恒河平原延伸至青藏高原南麓的中尺度對流復合體層狀云降水區。
南亞地區首次記錄，為中高層大氣研究提供參考
研究觀測記錄了南亞單次雷暴過程中最多的精靈閃電，表明該地區雷暴具備與美國大平原和歐洲近海雷暴相似的中高層放電能力，甚至能夠孕育出更復雜的放電形態。
根據研究，該事件中“舞蹈精靈”的頻繁出現，表明雷暴中可能包含大量大規模的閃電。視頻顯示，產生它們的閃電可能是從對流云附近傳播到層狀云的。
次生巨大噴流通常在“紅色精靈”事件后連續出現，高度可達90多千米。此前次生噴流的觀測案例很少，而這次觀測到的次生噴流達到16次之多，表明這一地區雷暴上層復雜的放電形態。
“鬼火精靈”則更為神秘，其中一例出現在水母狀“紅色精靈”序列之后，位于其非常明亮的頂部位置。此次“鬼火精靈”的綠色光芒持續了近1秒，這在之前的觀測中極為少見。
距了解，此前還沒有觀測表明該地區的雷暴上空可能會成群出現瞬態發光事件，本次對青藏高原上“紅色精靈”的觀測為研究南亞地區雷暴上方的中高層大氣放電現象提供了寶貴的數據，為科研人員進一步研究該地區雷暴在中高層大氣中的物理和化學效應提供了重要觀測資料。相關研究有助于研究對流層與中高層大氣之間的耦合關系，為全球氣候變化研究提供參考。
合報科學+融媒體工作室
合肥晚報-合新聞記者 張玉蓮