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Wissenschaftler machen seltene Fotos von roten Blitzen | Wissenschaft

Jason Ahrns, ein Doktorand an der University of Alaska-Fairbanks, und andere Wissenschaftler der U.S. Air Force Academy und des Fort Lewis College – alle Teil eines von der National Science Foundation geförderten Projekts – waren auf einer Mission. Diesen Sommer ist die Gruppe im National Center for Atmospheric Research’s . in die Lüfte geflogen Forschungsflugzeug Gulfstream V , insgesamt 30 Stunden auf mehreren Flügen protokollieren, auf der Suche nach Sprites .

Sprites, auch bekannt als roter Blitz, sind elektrische Entladungen, die bei Gewittern als rote Lichtblitze über Wolken erscheinen. Weil das Wetterphänomen so flüchtig ist (Sprites blinken nur Millisekunden lang) und vom Boden aus größtenteils nicht sichtbar sind, sind sie schwer zu beobachten und noch schwerer zu fotografieren, eher wie die schelmischen Luftgeister des Fantasy-Reichs, nach dem sie benannt sind. Ahrns und seine Kollegen haben jedoch mit DSLR-Kameras und Hochgeschwindigkeits-Videokameras, die im Fenster des Flugzeugs positioniert sind, äußerst seltene Fotos des roten Blitzes gemacht. Die Forscher hoffen, mehr über die physikalischen und chemischen Prozesse zu erfahren, die zu Sprites und anderen Formen von obere atmosphärische Blitze .

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Wie ist es, Bilder von einigen der kurzlebigsten und unberechenbarsten Merkmale der Natur aufzunehmen? ich habe hinterfragt Ahrns per E-Mail, und er erklärte, was Sprites sind, warum sie vorkommen, 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 Blitzeinschläge erzeugt wird, ionisiert die Luft hoch über der Wolke, die dann das Licht aussendet, das wir auf den Bildern sehen. Sie bitten natürlich um Vergleich mit den normalen Blitzen, die wir die ganze Zeit sehen, aber ich möchte darauf hinweisen, dass die Sprites viel höher sind und die Spitzen bis zu etwa 100 Kilometer und höher reichen. Ein Blitz kann sich etwa 10 Kilometer von der Wolke bis zum Boden erstrecken, aber ein Sprite kann 50 Kilometer groß werden.



Ein Quallen-Sprite, der am 3. August 2013 über Republic County, Kansas, gefangen wurde. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns über Flickr .

Unter welchen Bedingungen treten sie auf?

Sie sind mit positiven Blitzschlägen verbunden, wenn die Wolke eine positive Ladung hat und einen Blitz freisetzt. Negative Schlaganfälle, die durch eine Ansammlung negativer Ladung entstehen, sind etwa 10-mal häufiger, daher werden Sprites nicht stark mit der häufigsten Art von Blitz in Verbindung gebracht, 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 Ladungs-Moment-Änderung, die im Grunde genommen die positiven Schläge sind, die mit der bewegten Ladung gewichtet werden. Die meisten großen Gewitter scheinen die Bedingungen zu schaffen, die zu Sprites führen, aber einige mehr als andere. Wir suchen einfach nach einem Sturm mit einer Geschichte von vielen großen positiven Ladungs-Moment-Änderungen und schauen uns ihn an.



Was ist Ihr wissenschaftlicher Hintergrund? Und wie sind Sie auf Sprites gekommen?

Ich bin in erster Linie ein Polarforscher, darüber schreibe ich meine Diplomarbeit an der UAF. Ich habe mich für Sprites engagiert, weil eines meiner Mitglieder des Graduiertenkomitees diese Kampagnen organisiert und zusätzliche Hilfe benötigt. Ich fand Sprites faszinierend und mein Berater unterstützte mich dabei, mich ein wenig auszuweiten, also sprang ich an Bord des Teams.

Sprites über Red Willow County, Nebraska, am 12. August 2013. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns via Flickr .

Soweit ich weiß, ist nicht viel über rote Blitze bekannt, die erst vor etwa 25 Jahren entdeckt wurden. Was wollen Sie und die anderen Wissenschaftler mit dem NSF-Projekt lernen? Was sind die größten Fragen, die Sie haben?

Mit dieser Kampagne fokussieren wir uns auf drei Fragen. Erstens, welche grundlegenden physikalischen und chemischen Prozesse laufen ab? Es ist immer noch nicht klar, was genau in einem Sprite passiert, warum es verschiedene Arten von Sprites gibt und unter welchen Bedingungen Sie beispielsweise ein Spalten- oder ein Karotten-Sprite erhalten. (Alle Sprite-Namen beziehen sich nur auf ihre Form.) Haben Sprites als nächstes einen großen Einfluss auf die mittlere Atmosphäre? Sprites stellen eindeutig eine Art Energieübertragung dar, aber hat sie einen signifikanten Einfluss auf Wetter und Klima? Das können wir nicht beantworten, ohne sie zu studieren. Und was können wir dann über die grundlegende Streamer-Physik lernen? Die Ranken, die vom Boden der Sprites kommen, sind „Streamer“ – kleine Ionisationskugeln – die sich bewegen. Streamer-Geschwindigkeit und -Lebensdauer hängen von der Luftdichte ab, daher ist das Studium von Sprites in der oberen Atmosphäre mit sehr geringer Dichte wie das Betrachten von Streamern mit einer Lupe in Zeitlupe. obwohl sie immer noch ziemlich schnell sind!

Auf wie vielen Sprite-Jagd-Missionen warst du schon?

Persönlich ist dies meine zweite Flugkampagne. Die erste, im Jahr 2011, flog insgesamt 40 Stunden in der Luft, und diese Kampagne dauerte weitere 30 Stunden. Es sind wahrscheinlich ungefähr 15 Gesamtflüge. Die gleiche Crew, abgesehen von mir, hat 2009 eine weitere Flugkampagne durchgeführt.

Ahrns fing diese blauen Jets, die wie Flammen aus einem Butan-Feuerzeug aussehen, am 3. August 2013 über Republic County, Kansas, ein. Im Gegensatz zu Sprites werden blaue Jets nicht direkt durch Blitze ausgelöst, sondern scheinen irgendwie mit der Anwesenheit von Hagelschauer. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns via Flickr .

Welche Bedingungen, Tageszeiten, Landesteile und Höhenlagen sind für diese Flüge ideal?

Der Mittlere Westen ist produktiv, vor allem weil er diese mächtigen Gewitter bekommt, die die ganze Nacht andauern. Natürlich brauchen wir es dunkel, aber ansonsten scheint die Nachtzeit keine große Rolle zu spielen, nur wie stark der Sturm ist und wie viel starke positive Blitze er produziert. Wir bemerken, dass, wenn der Sturm gut läuft, er die Kolonnen- und Karotten-Sprites produziert, aber wenn er stirbt, scheint er zu weniger häufigen, aber größeren und helleren Quallen-Sprites überzugehen. Wir fliegen so hoch wie möglich, normalerweise zwischen 41.000 und 45.000 Fuß, aber das ist einfach nur, um einen Blick über die Wolken zu bekommen. Wir sind immer noch unter den Sprites.

Der Blitz dauert nur Millisekunden, daher bin ich besonders gespannt, wie du ihn fotografierst. Welche Ausrüstung verwenden Sie?

Für die Standbilder stelle ich einfach meine Kamera (eine Nikon D7000 und ein lichtstarkes Objektiv) aus dem Fenster und stelle ein Intervallmesser so macht die Kamera nur ständig Bilder. Dann gehe ich später durch und lösche alles, was kein Sprite enthält. Es ist das gleiche Prinzip wie bei der Blitzfotografie; es scheint, als müssten Sie das Timing genau richtig machen, aber es ist wirklich nur statistisch, wenn Sie ein paar Bilder machen, wird eines von ihnen früher oder später etwas bekommen. Ich mache wahrscheinlich für jedes Sprite, das ich bekomme, in der Größenordnung von 1.000 Bildern.

Bei Hochgeschwindigkeits-Videokameras verfügt die Kamera über einen Puffer, der ständig die vorherigen, jedoch vielen Videobilder durchläuft, und wenn ich ein Sprite sehe, drücke ich einen Auslöser, der der Kamera sagt, dass sie anhalten und speichern soll, was gerade aufgenommen wurde. Wenn wir mit 10.000 Bildern pro Sekunde laufen, füllt sich der Puffer in etwa einer Sekunde, so lange muss ich also ein Sprite erkennen und den Knopf drücken. Dies kann in einer langsamen Nacht ziemlich anstrengend sein, wenn Sie 45 Minuten lang zusehen müssen, wie nichts passiert, und trotzdem mit dieser Reaktionszeit von weniger als einer Sekunde bereit sein müssen.

Kannst du die Einrichtung beschreiben? Wie fotografiert man eigentlich aus dem Flugzeugfenster?

Ein Bild sagt mehr als tausend Worte, oder?

Ahrns' Aufstellung in der Nähe des Flugzeugfensters. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns via Flickr .

Und für das Highspeed-Video…

Sein Setup für die Aufnahme von Hochgeschwindigkeitsvideos. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns via Flickr .

Wir haben eine Internetverbindung an Bord des Flugzeugs, damit wir die Wetterbedingungen in Echtzeit verfolgen können. Wir richten die obigen Kameras einfach auf den produktivsten Teil des Sturms und warten auf Sprites.

ist da noch ein loch im ozon

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 aufgenommen wurden Meteor-Kameras und Webcams da draußen, aber sie haben normalerweise 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 und in einiger Entfernung entfernt, und normalerweise Aufnahmen von etwas anderem, das mit einem Sprite im Hintergrund Glück hatte. Ich habe den Vorteil, in der Luft zu sein, in der Nähe der Sprite-Produktionsregion, mit einer guten Einschätzung, wo die Sprites erscheinen werden, sodass ich ein Objektiv mit einem engeren Sichtfeld verwenden kann, um das Sprite aus der Nähe aufzunehmen.

Was die Bilder angeht, die ich bekommen habe blaue Jets , soweit ich das beurteilen kann, sind es tatsächlich die ersten Bilder von Jets, die mit einer DSLR aufgenommen wurden. Das macht Sinn, denn die Jets sind viel näher an der Spitze der Wolken als Sprites, die vom Boden aus viel schwerer zu sehen sind. In der Luft zu sein ist ein großer Vorteil.

Übernommen von Red Willow County, Nebraska, am 12. August 2013. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns via Flickr .

Was findest du an den Bildern kunstvoll, wenn überhaupt?

Ich denke, sie haben eine wirklich andere Kahlheit. Nehmen Sie dieses (oben) zum Beispiel. Sie haben dieses schöne, ruhige Sternenfeld und etwas kühles, beruhigendes blaues Licht, das von den Blitzen unten kommt. Dann BLAMM! Dieses seltsame, bedrohliche, völlig fremdartig aussehende Sprite übernimmt einfach die ganze Szene, wie 'Ich bin hier, was wirst du dagegen tun?'

Hans Nielsen , der Hauptermittler der Kampagne (und mein zuvor erwähntes Ausschussmitglied), sagt, dass dieses (unten) ihn an die klassischen niederländischen Gemälde mit seinen Sepiatönen und leichten Unschärfen durch den atmosphärischen Dunst erinnert.

Übernommen von Canadian County, Oklahoma, am 6. August 2013. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jason Ahrns via Flickr .

Was hast du bisher über Sprites durch die Teilnahme an diesem Projekt gelernt?

Persönlich? Als ich an der Kampagne 2011 teilnahm, wusste ich nichts über Sprites jenseits der Wikipedia-Eintrag . Ich lerne jede Nacht mehr von den Kampagnen, höre den anderen zu, die vorher über die Bedingungen sprechen, was wir während der Flüge sehen und unsere Diskussionen „was wir richtig gemacht haben, was wir falsch gemacht haben“ beim Bier nach dem Flug. Ich bin im Vergleich zu den anderen Jungs noch ein Neuling, aber ich bin jetzt an dem Punkt, an dem ich die meisten allgemeinen öffentlichen Fragen zu Sprites und der Spritejagd beantworten kann.

Wo und wann fliegst du als nächstes?

Nichts ist in Stein gemeißelt, aber wir möchten im nächsten Sommer unbedingt wieder fliegen. Hoffentlich schaffen wir das.





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