Barta Veronika Káprázatos jelenségek a viharfelhők fölött Mindnyájan éreztük már az
éjszakai zivatarok félelmetes, mégis csodálatra méltó varázsát. Amikor
villám fénye világítja be az éjszakai égboltot és dörgés hasít bele a csendbe,
akkor vesszük észre, hogy milyen hatalmasak a természet erői és milyen
parányi az ember. Pedig nem is látjuk, hogy magasan a zivatar fölött akár
több 10 kilométeres, szemet kápráztatóan fényes jelenségek cikáznak, melyek
létezéséről mindössze csak két évtizede tudunk. E népes és változatos jelenségcsoport
valamennyi tagja nagyon rövid élettartamú, a legtovább fennmaradók is legfeljebb
egy-két tized másodpercig figyelhetők meg. Bár az egyes jelenségek alakja
és dinamikája nagyon különböző, az közös bennük, hogy a viharfelhőben zajló
kisülési folyamatok váltják ki őket, és megjelenésüket a zivatarfelhő és
az ionoszféra között áramló energia, valamint a semleges légkör alkotóinak
kölcsönhatása okozza. A cikkben megismerhetjük a jelenség felfedezését,
kialakulásának körülményeit, a megjelenési formák tulajdonságait, végül
az észlelési lehetőségeket, a megfigyelés folyamatát.
Felfedezés, a jelenséget
kialakító folyamatok
1. ábra. A Winckler és két társa által 1989-ben megfigyelt első felsőlégköri fényjelenség, a „vörös lidérc” A felfedezést követően a
légkörkutatók figyelme a viharfelhők fölé irányult és kiderült, hogy a
felsőlégkörben számos jelenségcsoport található (2. ábra). A
következőkben az olvasó ezt a jelenségeket ismerheti meg közelebbről. (Részletes
leírás található összefoglaló munkákban – Füllekrug et al., 2006, Neubert
et al., 2008 – és honlapon is: https://eurosprite.blogspot.com.)
2. ábra. Az eddig ismert felsőlégköri elektrooptikai emissziók különböző típusai Felfelé irányuló villámok,
törpék, tündérkék
A felfelé irányuló villámokhoz jellegüket tekintve talán a törpék (gnomes) állnak a legközelebb a felsőlégköri fényjelenségek közül (2. ábra). A törpéket 2000-ben fedezték fel az amerikai síkságok felett, 20 perc alatt 17 példányt sikerült megfigyelni a viharfelhő közelében elhaladó repülőről. Színük a felfelé irányuló villámkisülésekhez hasonló, fehéres, méretüket tekintve kompakt jelenségek, átmérőjük 200 méter, míg magasságuk maximum 1 km, élettartamuk a megfigyelt esetekben 33 és 136 ezredmásodperc (ms) között volt. A tündérkéket (pixies) (2. ábra), amelyek 100 méter átmérőjű fényes pontok, és csoportban ülnek a zivatarfelhő tetején, ugyanabban a viharfelhőben fedezték fel 2000-ben, mint a törpéket. Élettartamuk kevesebb mint 16 ezredmásodperc, ami egy videofilm-kockányi idő az amerikai szabvány szerint. Nyalábok
3. ábra. Óriás nyaláb,
magassága meghaladja a 70 km-t
2002-ben a nyalábok egy új tagját fedezték fel Tajvanban, melyet tekintélyes mérete miatt óriás nyalábnak (gigantic jet) neveztek el. Magassága meghaladja az 50–60 kilométert, és esetenként az ionoszférát ostromolja, ezzel is jól mutatva a közvetlen kapcsolatot az ionoszféra és a felhő között. Ez a jelenség talán a legritkább a felsőlégköri elektrooptikai emissziók között, csak néhányszor sikerült eddig lencsevégre kapni. A megfigyelések során kiderült, hogy az óriás nyalábok – ellentétben kék társaikkal – inkább vöröses színűek, ahogy ez a 2009 decemberében Korzika mellett megfigyelt nyaláb esetében is látszik (3. ábra). Az óriás nyaláb nagy valószínűséggel felhőn belüli villámkisülésnek indul, amely azonban nem teljesen tisztázott körülmények között „túllő” a felhő tetején. Lidércek és társaik
4. ábra. A bal oldali, 2008-as soproni képen medúzacsoport látható lidércudvarral, míg a jobb oldali 2009-es felvételünk egy szép lidérccsoportot mutat. Utóbbin jól látszik, hogy a lidércek fényessége egy nagyságrendbe esik a teliholdéval A gyűrűlidérc alatt (2. ábra) helyezkedik el a lidércudvar (halo) (4. ábra). Régebben gyűrűlidércnek hitték, melyet gyakran vörös lidérc követ, de a megfigyelések során kiderült, hogy különálló jelenségről van szó. A nagy időfelbontású videofelvételeken látszik, hogy a halok 60–70 km átmérőjű, lencse alakú fényjelenségek, melyek 1–3 ezredmásodperces élettartamuk alatt lefelé mozognak.
5. ábra. Az első színes
lidércfelvétel (1994)
A leggyakrabban megfigyelt jelenség a vörös lidérc. A jelenség, ahogy az alaszkai Fairbanks Egyetem kutatói által 1994-ben készített első színes felvételen is látszik (5. ábra), dominánsan vörös színű, azonban alsó nyúlványai kékesbe mennek át. A vörös lidércek 70–75 km magasan alakulnak ki zivatarfelhők fölött, intenzív villámkisüléseket követően, jól strukturált, elágazó elektronlavinák formájában, amelyek először általában lefelé, majd némely esetben felfelé is terjednek. A lidércek 50–90 km között helyezkednek el, de csápjaik akár 40 km alá is lenyúlhatnak. A jelenség markáns méretét jól mutatja a 6. ábra: a vörös lidérc az észlelőhelytől mintegy 100 km-re lévő zivatar fölött alakult ki, az ábra alján a körülbelül 60 m magas soproni tv-torony látszik.
6. ábra. Egy 2010 augusztusában megfigyelt vörös lidérc, a kép alján pedig a Soproni hegység a nagyjából 60 m magas tv-toronnyal
A sprite-ok élettartama nagyon rövid, a legfényesebbek kevesebb mint 16 ezred másodpercig, míg a halványabbak akár 100–120 ezred másodpercen át figyelhetők meg. Megjelenhetnek egymagukban vagy csoportosan, utóbbi esetben a csoport elemei horizontálisan akár 50 kilométeres átmérőjű tartományt is elfoglalhatnak. Küllemük az egyszerű oszloptól kezdve a bonyolultabb répára (a központi fényesebb részhez alul „gyökerek”, felül pedig „levelek” kapcsolódnak), illetve medúzára emlékeztető formákig különböző alakot ölthet. A megfigyelések szerint a vörös lidércek általában pozitív polaritású felhő-föld villámkisülések után jelennek meg. Esetenként úgynevezett pókvillámokhoz köthetők, ezek nagyon erős felhővillámok, amelyek szerteágazó kisülési csatornája horizontálisan akár több mint 100 km is lehet a felhőben, miközben néhány földbe csapó pozitív villám társul hozzájuk. Mazur és társai azt figyelték meg, hogy ezekhez a villámokhoz kapcsolódnak az úgynevezett "dancer”-ek, azaz táncoló lidércek, amelyek időben gyorsan követik egymást, térben viszont eltolódva jelennek meg, ezért a felvételeken úgy tűnik, mintha egyetlen lidérc táncolna tova az égen. Amint egy viharban a lidércek kialakulása elkezdődött, az események pár percenként is követhetik egymást. Általában néhány tucat lidérc keletkezik egy vihar esetében, azonban előfordulnak olyan extrém viharok, amelyekben akár 400–750 lidérc is feltűnik 4–5 óra alatt; az ilyen hiperaktív zivatarok kiváltó oka még nem tisztázott. A vörös lidércek legmélyebbre nyúló indái mentén felfelé kúszó fényjelenségeket TROLL-oknak nevezzük (2. ábra). A név betűszó (Transient Red Optical Luminous Lineament), ami magyarul „átmeneti vörös fénylő optikai vonulat”-ot jelent. Nagyobb sebességű videók készítése után kiderült, hogy alakjuk több egymást követő, egyre magasabban induló, de lefelé irányuló kisebb kisülés sorozataként áll össze (7. ábra). A trollok másodlagos elektrooptikai emissziók, azaz nem független jelenségek, a megfigyelések szerint csak a vörös lidércekkel egyidejűleg jelennek meg.
7. ábra. Vörös lidérc és troll. A felvétel képkockáin jól látszik a lidérc nyúlványai mentén egyre feljebb törekvő fényes jelenség A teljesség kedvéért még meg kell említeni egy különleges lidércet, amit pálmafának neveztek az 1994-ben megfigyelt első példány alakja után (2. ábra). Ez az altípus az óriás nyalábra hasonlít, kb. 20–30 kilométeres magasságból indul, 60 kilométerig ér fel, viszont a trollokhoz hasonlóan másodlagos optikai emisszió, eddig csak a vörös lidércekkel egyidejűleg figyelték meg. Felsőlégköri jelenségek
megfigyelése Magyarországról
8. ábra. A soproni kamera és látótere Az optikai megfigyelésen túl fontos a jelenségek viharral, illetve villámokkal való kapcsolatának vizsgálata. Az elektrooptikai fényjelenségek megjelenését kiváltó nagyobb villámok az átlagos kisülésekkel összemérve egy nagyságrenddel intenzívebb rádiósugárzást produkálnak az 5–30 Hz-es frekvenciasávban is. Ez a rádiósugárzás megfelelő antennákkal a Nagycenk és Fertőboz között elhelyezkedő Széchenyi István Geofizikai Obszervatóriumban észlelhető. Ezeken a frekvenciákon a rádiójelek csillapítása viszonylag csekély, így az alacsony frekvenciás rádióhullámok segítségével a mérőállomás a Föld bármely pontján keletkező legnagyobb villámokat észleli. A regisztrált jelekből a forráskisülés polaritása, földrajzi koordinátái és töltésmomentuma (azaz a villám töltésmozgató képessége, erőssége) meghatározható. A felsőlégköri emissziókkal kapcsolatba hozható villámkisülések jeleit a direkt optikai megfigyelések időpontjaival és körülbelüli helyével való egyezés alapján lehet azonosítani, a villámok paramétereinek meghatározásával pedig vizsgálható, hogy az emissziók milyen körülmények között jelennek meg. Az elmúlt három év során
több mint 500 jelenséget sikerült észlelni a soproni kamera segítségével
egész Közép-Európában. A megfigyelt események majdnem mindegyike vörös
lidérc, illetve lidércudvar volt. A felsőlégköri fényjelenségek vizsgálatával
többet megtudhatunk a felsőlégkör tulajdonságairól, az ott zajló töltésáramlási
folyamatokról, jobban megismerhetjük a villámok elektromágneses sugárzásának
jellemzőit, valamint a zivatarfelhőben lejátszódó elektromos folyamatokat.
A szerző a 2010. évi Doktorandusz cikkpályázat első helyezettje.
IRODALOM
|
||||