Jason Ahrns, ein Doktorand an der University of Alaska-Fairbanks, und andere Wissenschaftler der US Air Force Academy und des Fort Lewis College - alle Teil eines von der National Science Foundation geförderten Projekts - waren auf einer Mission. In diesem Sommer hat die Gruppe im Forschungsflugzeug Gulfstream V des National Center for Atmospheric Research nach Sprites gesucht und dabei insgesamt 30 Stunden auf mehreren Flügen verbracht.
Sprites, auch als roter Blitz bezeichnet, sind elektrische Entladungen, die während eines Gewitters als rote Lichtblitze über den Wolken auftreten. Da das Wetterphänomen so flüchtig ist (Sprites blitzen nur für Millisekunden) und zum größten Teil nicht vom Boden aus sichtbar sind Schwer zu beobachten und noch schwieriger zu fotografieren, eher wie die schelmischen Luftgeister des Fantasy-Reiches, nach dem sie benannt sind. Ahrns und seine Kollegen haben jedoch äußerst seltene Fotos des roten Blitzes mit DSLR-Kameras und Hochgeschwindigkeits-Videokameras im Flugzeugfenster aufgenommen. Die Forscher hoffen, mehr über die physikalischen und chemischen Prozesse zu erfahren, die zu Sprites und anderen Formen von Blitzen in der oberen Atmosphäre führen.
Wie ist es, Bilder von einigen der kurzlebigsten und unberechenbarsten Merkmale der Natur aufzunehmen? Ich habe Ahrns per E-Mail befragt und er hat erklärt, was Sprites sind, warum sie auftreten, wie Wissenschaftler sie finden und warum er sich so für die schwer fassbaren Phänomene interessiert.
Was ist ein Sprite?
Ein Sprite ist eine Art elektrische Entladung der oberen Atmosphäre, die mit Gewittern verbunden ist. Ein großes elektrisches Feld, das durch einige Blitzschläge erzeugt wird, ionisiert die Luft hoch über der Wolke, die dann das Licht aussendet, das wir auf den Bildern sehen. Sie sind offensichtlich vergleichbar mit den normalen Blitzen, die wir die ganze Zeit sehen, aber ich möchte darauf hinweisen, dass die Sprites viel höher sind und die Gipfel bis zu 100 Kilometer und mehr reichen. Ein Blitz kann sich ungefähr 10 Kilometer von der Wolke bis zum Boden erstrecken, aber ein Sprite kann eine Höhe von 50 Kilometern erreichen.
Ein "Quallen" -Sprite, der am 3. August 2013 über Republic County, Kansas, aufgenommen wurde. Mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns über Flickr.
Unter welchen Bedingungen treten sie auf?
Sie sind mit positiven Blitzschlägen verbunden, bei denen die Wolke eine positive Ladung aufbaut und einen Blitz auslöst. Negative Striche, die aus dem Aufbau einer negativen Ladung resultieren, sind etwa zehnmal häufiger, sodass Sprites nicht mit der häufigsten Blitzart in Verbindung gebracht werden, aber es ist auch nicht wirklich ungewöhnlich. Mehr als nur ein positiver Schlag, je mehr Ladung während des Schlags bewegt wurde, desto besser sind die Chancen für ein Sprite. Wir suchen also nach einer großen positiven Ladungsmomentänderung, die im Grunde genommen die positiven Striche sind, die durch die Bewegung der Ladung gewichtet werden. Die meisten großen Gewitter scheinen die Bedingungen zu schaffen, die zu Sprites führen, aber manche mehr als andere. Wir suchen nur nach einem Sturm mit einer Geschichte von vielen großen positiven Ladungsmomentänderungen und schauen uns diesen an.
Was ist Ihr wissenschaftlicher Hintergrund? Und wie bist du auf Sprites aufmerksam geworden?
Ich bin in erster Linie ein Aurora-Forscher, dazu mache ich meine Doktorarbeit an der UAF. Ich habe mich an Sprites beteiligt, weil eines meiner Mitglieder des Graduiertenkollegiums diese Kampagnen organisiert und zusätzliche Hilfe benötigt. Ich fand Sprites faszinierend und mein Berater unterstützte mich dabei, mich ein wenig zu verzweigen, und so stieg ich in das Team ein.
Sprites über Red Willow County, Nebraska, am 12. August 2013. Mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns über Flickr.
Soweit ich weiß, ist nicht viel über rote Blitze bekannt, die erst vor etwa 25 Jahren entdeckt wurden. Was hoffen Sie und die anderen Wissenschaftler mit dem NSF-Projekt zu lernen? Was sind die größten Fragen, die Sie haben?
Bei dieser Kampagne konzentrieren wir uns auf drei Fragen. Erstens, welche grundlegenden physikalischen und chemischen Prozesse finden statt? Es ist immer noch nicht klar, was genau in einem Sprite vor sich geht und warum es verschiedene Arten von Sprites gibt und unter welchen Bedingungen Sie beispielsweise ein Spalten-Sprite im Vergleich zu einem Karotten-Sprite erhalten. (Alle Sprite-Namen beziehen sich nur auf ihre Form.) Haben Sprites einen großen Einfluss auf die mittlere Atmosphäre? Sprites stellen eindeutig eine Art Energietransfer dar, aber hat dies einen signifikanten Einfluss auf das Wetter und das Klima? Wir können das nicht beantworten, ohne sie zu studieren. Und was können wir dann über die grundlegende Streamerphysik lernen? Die Ranken, die vom Boden der Sprites kommen, sind "Luftschlangen" - kleine Ionisationskugeln, die sich bewegen. Die Geschwindigkeit und Lebensdauer des Streamers hängt mit der Luftdichte zusammen. Das Studium von Sprites in der oberen Atmosphäre mit sehr geringer Dichte gleicht dem Betrachten von Streamern mit einer Lupe in Zeitlupe. obwohl sie immer noch ziemlich schnell sind!
An wie vielen Sprite-Jagd-Missionen warst du?
Persönlich ist dies meine zweite Luftkampagne. Die erste flog 2011 insgesamt 40 Flugstunden, und diese Kampagne dauerte weitere 30 Stunden. Es sind wahrscheinlich rund 15 Flüge. Dieselbe Crew, außer mir, hat 2009 eine weitere Luftkampagne durchgeführt.
Ahrns hat diese blauen Jets, die wie Flammen eines Butanfeuerzeugs aussehen, am 3. August 2013 über Republic County, Kansas, eingefangen. Im Gegensatz zu Sprites werden blaue Jets nicht direkt durch Blitze ausgelöst, sondern scheinen in irgendeiner Weise mit der Anwesenheit von verwandt zu sein Hagelstürme. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns über Flickr.
Welche Bedingungen, Tageszeiten, Landesteile und Höhenlagen sind für diese Flüge ideal?
Der Mittlere Westen ist produktiv, vor allem, weil er diese starken Gewitter bekommt, die die ganze Nacht anhalten. Natürlich muss es dunkel sein, aber ansonsten scheint die Zeit der Nacht nicht viel zu bedeuten, nur wie stark der Sturm ist und wie viel positive Blitze er erzeugt. Wir bemerken, dass der Sturm bei gutem Wetter Säulensprites und Karottensprites hervorbringt, aber wenn er nachlässt, scheint er auf weniger häufige, aber größere und hellere Quallensprites umzuschalten. Wir fliegen so hoch wie wir können, normalerweise zwischen 41.000 und 45.000 Fuß, aber das ist einfach, um einen Blick über die Wolken zu werfen. Wir sind immer noch unter den Sprites.
Der Blitz dauert nur Millisekunden, deshalb bin ich besonders gespannt, wie Sie ihn fotografieren. Welche Ausrüstung benutzt du?
Für die Standbilder habe ich einfach meine Kamera (eine Nikon D7000 und ein Objektiv) aus dem Fenster gestellt und einen Intervallmesser eingestellt, damit die Kamera ständig Bilder macht. Dann gehe ich später durch und lösche alles, was kein Sprite enthält. Es ist das gleiche Prinzip wie bei der Blitzfotografie. Es scheint, als müsste das Timing genau stimmen, aber es ist nur statistisch, wenn Sie ein paar Bilder machen, wird eines davon früher oder später etwas bekommen. Wahrscheinlich mache ich für jedes Sprite, mit dem ich wegkomme, eine Momentaufnahme in der Größenordnung von 1.000 Bildern.
Bei Hochgeschwindigkeits-Videokameras verfügt die Kamera über einen Puffer, der ständig durch die vorherigen, jedoch vielen Videobilder wechselt. Wenn ich ein Sprite sehe, drücke ich einen Auslöser, der die Kamera anhält und speichert, was gerade aufgezeichnet wurde. Wenn wir mit 10.000 Bildern pro Sekunde arbeiten, füllt sich der Puffer in etwa einer Sekunde. So lange muss ich ein Sprite erkennen und die Taste drücken. Dies kann in einer langsamen Nacht ziemlich anstrengend sein, wenn 45 Minuten lang nichts passieren muss und Sie trotzdem mit einer Reaktionszeit von weniger als einer Sekunde fertig sind.
Kannst du das Setup beschreiben? Wie fotografiert man eigentlich aus dem Flugzeugfenster?
Ein Bild sagt mehr als tausend Worte, oder?
Ahrns 'Aufstellung am Fenster des Flugzeugs. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns über Flickr.
Und für das Highspeed-Video ...
Sein Setup für die Aufnahme von Highspeed-Videos. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns über Flickr.
Wir haben eine Internetverbindung an Bord des Flugzeugs, damit wir die Wetterbedingungen in Echtzeit verfolgen können. Wir richten die obigen Kameras nur auf den produktivsten Teil des Sturms und warten auf Sprites.
Wie selten sind solche Fotos, die Sie gemacht haben?
Soweit ich das beurteilen kann, sind sie ziemlich selten. Es gibt einige Sprite-Bilder, die mit Meteor-Kameras und Webcams aufgenommen wurden, aber normalerweise haben sie eine niedrige Auflösung, da sie sehr weit entfernt sind und ein Weitwinkelobjektiv verwenden. Ich habe zwei oder drei Sprite-Bilder gesehen, die mit einer DSLR aufgenommen wurden, aber sie sind immer noch vom Boden entfernt und normalerweise Aufnahmen von etwas anderem, das mit einem Sprite im Hintergrund Glück hatte. Ich habe den Vorteil, dass ich in der Luft in der Nähe des Sprite-Erzeugungsgebiets bin und eine gute Vorstellung davon habe, wo die Sprites erscheinen werden. Daher kann ich eine Linse mit einem engeren Sichtfeld verwenden, um das Sprite aus der Nähe zu erfassen.
Was die Bilder betrifft, die ich von Blue Jets bekommen habe, so weit ich das beurteilen kann, handelt es sich tatsächlich um die ersten Bilder von Jets, die mit einer DSLR aufgenommen wurden. Das macht Sinn, denn die Jets sind viel näher an der Wolkenspitze als Sprites, die vom Boden aus so viel schwerer zu erkennen sind. In der Luft zu sein ist ein großer Vorteil.
Übernahme von Red Willow County, Nebraska, am 12. August 2013. Mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns über Flickr.
Was finden Sie an den Bildern künstlerisch, wenn überhaupt?
Ich denke, dass sie eine wirklich andere Art von Strenge haben. Nehmen Sie zum Beispiel diesen (oben). Du hast dieses schöne, ruhige Sternenfeld und ein kühles, beruhigendes blaues Licht, das vom Blitz unter dir ausgeht. Dann BLAM! Dieser seltsame, bedrohliche, total fremd aussehende Sprite übernimmt einfach die gesamte Szene, wie "Ich bin hier, was wirst du dagegen tun?"
Hans Nielsen, der Hauptermittler der Kampagne (und mein zuvor genanntes Komiteemitglied), sagt, dieser (unten) erinnere ihn an die klassischen holländischen Gemälde mit ihren Sepiatönen und leichten Unschärfen aus dem atmosphärischen Dunst.
Übernommen Canadian County, Oklahoma, am 6. August 2013. Mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns über Flickr.
Was haben Sie bisher über Sprites durch die Teilnahme an diesem Projekt gelernt?
Persönlich? Als ich mich der Kampagne 2011 anschloss, wusste ich nichts über Sprites außerhalb des Wikipedia-Eintrags. Ich erfahre jeden Abend mehr über die Kampagnen, höre zu, wie die anderen über die Bedingungen im Voraus sprechen, was wir auf den Flügen sehen und was wir richtig gemacht haben, was wir falsch gemacht haben. Ich bin immer noch ein Neuling im Vergleich zu den anderen Jungs, aber jetzt bin ich an dem Punkt angelangt, an dem ich allgemeinste Fragen zu Sprites und zur Sprite-Jagd stellen kann.
Wo und wann fliegst du als nächstes?
Nichts ist in Stein gemeißelt, aber wir würden gerne nächsten Sommer wieder fliegen. Hoffentlich können wir das schaffen.
