Eine Reihe von Bildern, die eine Jet-Form über einem Sturm in Oklahoma im Jahr 2018 zeigen. (Chris Holmes) Einer der mächtigsten und faszinierendsten Naturgewalten entsteht aus Stürmen: große Lichtrisse, die den Himmel teilen, riesige Mengen an Elektrizität in die umgebende Atmosphäre schleudern und in den Boden eindringen, wann immer sie ihn erreichen.
Oder so denken wir normalerweise Blitz .
Aber das Phänomen hat nur eine andere Erscheinungsform erst vor relativ kurzer Zeit enthüllt : Manchmal bricht es aus den Wolken nach oben und peitscht in einem gewaltigen blauen „Strom“ in die Stratosphäre.
Über dieses Phänomen ist wenig bekannt; Es ist unvorhersehbar und geschieht außerhalb der Sichtweite der meisten Menschen, über einer Schicht Gewitterwolken.
Aber dank eines Bürgerwissenschaftlers wurde während eines Sturms in Oklahoma im Jahr 2018 ein solcher Riesenjet über den Wolken aufgezeichnet – und mit Daten, die von anderen Instrumenten gesammelt wurden, konnten Wissenschaftler ihn im Detail in drei Dimensionen untersuchen.
Das Ergebnis liefert uns neue Details zu diesem seltsamen Phänomen, die zu einem besseren Verständnis dessen beitragen sollten, wie und warum es geschieht.
„Wir konnten diesen gigantischen Jet mit wirklich hochwertigen Daten dreidimensional kartieren“, sagte der Physiker und Ingenieur Levi Boggs des Georgia Tech Research Institute.
„Wir konnten sehr hochfrequente (VHF) Quellen über der Wolkendecke sehen, die mit dieser Detailgenauigkeit noch nie zuvor gesehen worden waren.“ Mithilfe von Satelliten- und Radardaten konnten wir herausfinden, wo sich der sehr heiße Hauptteil der Entladung über der Wolke befand.“
Aufgenommen bei schwachem Licht Watec In der Nacht des 14. Mai 2018 war der Blitzstrahl gewaltig, eine gewaltige Entladung, die in den aufgenommenen Aufnahmen deutlich zu sehen war.
Als Boggs von dem Filmmaterial erfuhr, machte er sich sofort auf die Suche nach Daten von anderen Instrumenten, die das Ereignis möglicherweise aufgezeichnet hatten. Und es gab eine Goldgrube.
Das Watec-Video des Blitzstrahls. (Kevin Palivec)
Der Jet befand sich in Reichweite von und wurde von einem nahegelegenen UKW-Blitzkartierungssystem namens registriert Lightning-Mapping-Array , zwei NCEI Next Generation Weather Radar ( NEXRAD ) Standorte und Instrumente auf dem geostationären operationellen Umweltsatelliten der NOAA ( GEHT ).
Dank dieser Fülle an Daten konnten Boggs und seine Kollegen eine eingehende Analyse durchführen, um die Komplexität des Bolzens zu rekonstruieren.
„Die Tatsache, dass der gigantische Jet von mehreren Systemen entdeckt wurde, darunter dem Lightning Mapping Array und zwei geostationären optischen Blitzinstrumenten, war ein einzigartiges Ereignis und liefert uns viel mehr Informationen über gigantische Jets.“ sagte der Physiker und Ingenieur Doug Mach der Universities Space Research Association (USRA).
„Noch wichtiger ist, dass dies wahrscheinlich das erste Mal ist, dass ein gigantischer Jet mit dem Geostationary Lightning Mapper (GLM)-Instrumentensatz dreidimensional über den Wolken kartiert wurde.“
Die Daten zeigten, dass es sich bei dem Jet tatsächlich um einen Koloss handelte. Es breitete sich aus Wolken mit einer maximalen Höhe von etwa 8 Kilometern (5 Meilen) bis in Höhen aus, die etwa dem Zehnfachen dieser Höhe entsprachen – fast so weit Kármán-Linie , wo die Erdatmosphäre endet und der Weltraum beginnt.
Dabei transportierte es etwa 300 Coulomb elektrische Ladung in die obere Atmosphäre; Ein typischer Blitz von Wolke zu Wolke oder Wolke zu Boden transportiert nur etwa 5 Coulomb.
Das Team konnte außerdem feststellen, dass die Leiter – die Kanäle aus ionisierter Luft, entlang derer die Blitzentladung zu sehen ist – extrem heiß waren, über 4.700 Grad Celsius (8.500 Fahrenheit). Unterdessen waren die kleineren Plasmastreamer deutlich kühler, etwa 200 Grad Celsius (400 Fahrenheit).
Wie das Team feststellte, begannen diese Streamer sich knapp über der Wolkendecke auszubreiten und reisten in die untere Ionosphäre, in einer Höhe von etwa 80 Kilometern. Dadurch entsteht eine elektrische Verbindung zwischen der Wolkendecke und der Ionosphäre, wodurch eine negative Ladung mit einer Geschwindigkeit von Tausenden Ampere pro Sekunde übertragen wird.
Die verschiedenen Instrumente zeigten, dass die optische Komponente des Jets relativ nahe an der Wolkendecke blieb, in einer Höhe von 15 bis 20 Kilometern. Die UKW-Emission wurde jedoch viel höher, in Höhen von 22 bis 45 Kilometern, nachgewiesen.
„Die UKW- und optischen Signale bestätigten definitiv, was die Forscher vermutet, aber noch nicht bewiesen hatten, nämlich, dass die UKW-Radiostrahlung von Blitzen von kleinen Strukturen namens Streamern ausgestrahlt wird, die sich ganz an der Spitze des sich entwickelnden Blitzes befinden, während der stärkste elektrische Strom deutlich dahinter fließt.“ Spitze in einem elektrisch leitenden Kanal, der als Leiter bezeichnet wird. sagte Ingenieur Steve Cummer der Duke University.
Es bleiben jedoch noch viele Fragen offen. Es ist immer noch unklar, warum Jets nach oben schießen, wenn die meisten Blitze nach unten oder zur Seite gerichtet sind. Die Forscher glauben, dass es etwas gibt, das den Blitz daran hindert, nach unten oder in Richtung anderer Wolken zu wandern.
Obwohl der Oklahoma-Sturm nicht der übliche Typ war, der mit Jets in Verbindung gebracht wird, da er in hohen Breiten und nicht in den Tropen auftrat und zu einer ungewöhnlichen Jahreszeit auftrat, könnte er hier einen Hinweis liefern. Vor der Freisetzung des Riesenjets wurden nur sehr wenige nach unten gerichtete Blitze beobachtet.
„Aus welchen Gründen auch immer gibt es normalerweise eine Unterdrückung von Wolken-Boden-Entladungen“, Boggs erklärte .
„Es kommt zu einem Aufbau negativer Ladung, und dann denken wir, dass die Bedingungen in der Sturmspitze die oberste Ladungsschicht schwächen, die normalerweise positiv ist.“ Ohne die Blitzentladungen, die wir normalerweise sehen, könnte der gigantische Strahl den Aufbau überschüssiger negativer Ladung in der Wolke lindern.“
Hoffen wir, dass zukünftige Jets die Antworten enthalten.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .