Jason Ahrns, en kandidatstuderende ved University of Alaska-Fairbanks, og andre forskere fra US Air Force Academy og Fort Lewis College - alle del af et projekt sponsoreret af National Science Foundation - har været på en mission. Denne sommer har gruppen taget til himlen i National Center for Atmospheric Researchs Gulfstream V-forskningsfly, og logget i alt 30 timer over flere flyvninger på jagt efter sprites.
Sprites, også kendt som rød lyn, er elektriske udladninger, der vises som udbrud af rødt lys over skyer under tordenvejr. Fordi vejrfænomenet er så flygtigt (sprites blinker kun i millisekunder) og for det meste ikke synlige fra jorden, er de vanskeligt at observere og endnu sværere at fotografere, snarere som de dårlige luftarter i det fantasirige, som de er opkaldt efter. Ahrns og hans kolleger har imidlertid taget ekstremt sjældne fotografier af det røde lyn ved hjælp af DSLR-kameraer og højhastighedsvideokameraer placeret i flyets vindue. Forskerne håber at lære mere om de fysiske og kemiske processer, der giver anledning til spriter og andre former for øverste atmosfæriske lyn.
Hvordan er det at fange billeder af nogle af naturens mest kortvarige og uberegnelige træk? Jeg spurgte Ahrns via e-mail, og han forklarede, hvad sprites er, hvorfor de forekommer, hvordan forskere finder dem, og hvorfor han er så interesseret i de undvigende fænomener.
Først og fremmest, hvad er en sprite?
En sprite er en slags elektrisk udladning fra den øvre atmosfære forbundet med tordenvejr. Et stort elektrisk felt genereret af nogle lynnedslag ioniserer luften højt over skyen, der derefter udsender det lys, vi ser på billederne. De beder åbenlyst sammenligning med de almindelige lynskruer, vi ser hele tiden, men jeg vil gerne påpege, at spirerne er meget højere, med toppe nå op til omkring 100 kilometer og højere. En lyn kan strække sig omkring 10 kilometer fra skyen til jorden, men en sprite kan nå 50 kilometer høj.
En "vandmand" sprite fanget over Republic County, Kansas, den 3. august 2013. Billedet høflighed af Jason Ahrns via Flickr.
Under hvilke betingelser forekommer de?
De er forbundet med positive lynnedslag, hvilket er, når skyen har en ophobning af positiv ladning og frigiver en lyn af lyn. Negative slagtilfælde fra en opbygning af negativ ladning er ca. 10 gange mere almindelige, så sprites er ikke stærkt forbundet med den mest almindelige slags lyn, men det er heller ikke så usædvanligt. Mere end bare et positivt slagtilfælde, jo mere ladning der blev flyttet under slagtilfælde, jo større er chancerne for en sprite. Så vi ser efter en stor positiv ladning-øjeblik-ændring, som dybest set er de positive slag, vægtet af, hvor meget ladning der blev flyttet. De fleste store tordenvejr ser ud til at producere de forhold, der fører til sprites, men nogle mere end andre. Vi ser bare efter en storm med en historie med masser af store positive ladnings-øjeblik-ændringer og gå se på det.
Hvad er din videnskabelige baggrund? Og hvordan blev du interesseret i sprites?
Jeg er først og fremmest aurora-forsker, det er det, jeg laver min afhandling på UAF. Jeg blev involveret i sprites, fordi et af mine kandidatudvalgsmedlemmer organiserede disse kampagner og havde brug for lidt ekstra hjælp. Jeg troede, at sprites var fascinerende, og min rådgiver støttede, at jeg forgrenede mig lidt, så jeg hoppede ombord på teamet.
Sprites over Red Willow County, Nebraska, den 12. august 2013. Billedet med tilladelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Fra hvad jeg forstår, vides ikke meget om rød lyn, der blev opdaget for kun 25 år siden. Hvad håber du med NSF-projektet og de andre forskere på at lære? Hvad er de største spørgsmål, du har?
Med denne kampagne fokuserer vi på tre spørgsmål. For det første, hvilke grundlæggende fysiske og kemiske processer forekommer? Det er stadig ikke klart, hvad der præcist sker i en sprite, og hvorfor der er forskellige slags sprites, og hvilke forhold giver dig for eksempel en søjlesprit vs. en gulerodsprite. (Alle sprite-navne refererer bare til deres form.) For det andet har spirer stor indflydelse på den midterste atmosfære? Sprites repræsenterer helt klart en slags overførsel af energi, men er det i en skala, der har en betydelig effekt på vejret og klimaet? Vi kan ikke svare på det uden at studere dem. Og hvad kan vi så lære om grundlæggende streamerfysik? Slæderne, der kommer fra bunden af spriterne, er 'streamere' - små ioniseringsbolde - der bevæger sig rundt. Streamer hastighed og levetid er relateret til lufttæthed, så at studere sprites i den meget lave densitet øvre atmosfære er som at se på streamere med et forstørrelsesglas i langsom bevægelse, selvom de stadig er ret hurtige!
Hvor mange sprite-jagt missioner har du været på?
Personligt er dette min anden luftkampagne. Den første, i 2011, fløj i alt 40 luftbårne timer, og denne kampagne gennemførte yderligere 30 timer. Det er sandsynligvis omkring 15ish samlede flyvninger. Den samme besætning minus mig gjorde en anden luftkampagne i 2009.
Ahrns fangede disse blå jetfly, der ser ud som flammer fra en butanlighter, over Republic County, Kansas, den 3. august 2013. I modsætning til spriter er blå jetfly ikke direkte udløst af lyn, men synes på en eller anden måde at være relateret til tilstedeværelsen af hagl storme. Billedet med tilladelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Hvilke forhold, tidspunkter af dagen, områder af landet og højder er ideelle til disse flyvninger?
Midtvesten er produktiv, mest fordi den får disse kraftige tordenvejr, der varer hele natten. Det er klart, at vi har brug for, at det er mørkt, men bortset fra at tiden om natten ikke ser ud til at betyder noget meget, kun hvor stærk stormen er, og hvor meget kraftigt positivt lyn det producerer. Vi bemærker, at når stormen går godt, producerer den søjlesprit og gulerodssprit, men når den dør ud ser det ud til at skifte over til mindre hyppige, men større og lysere, vandmændspriter. Vi flyver så højt som muligt, normalt mellem 41.000 og 45.000 fod, men det er simpelthen for at få en udsigt over skyerne. Vi er stadig under sprites.
Lynet varer kun millisekunder, så jeg er især nysgerrig efter, hvordan du fotograferer det. Hvilket udstyr bruger du?
For stillfotografierne satte jeg bare mit kamera (en Nikon D7000 og en hurtig linse) vendt ud af vinduet og indstiller et intervalometer, så kameraet bare konstant klikker billeder. Derefter går jeg gennem senere og sletter alt, hvad der ikke har en sprite i. Det er det samme princip som lynfotografering; det ser ud til, at du bliver nødt til at få timingen helt rigtigt, men det er virkelig bare statistisk, hvis du klikker på et stykke billeder, får et af dem noget før eller senere. Jeg klikker sandsynligvis på størrelsesordenen 1.000 billeder for hver sprite, jeg kommer væk med.
For højhastighedsvideokameraer har kameraet en puffer, der konstant gennemgår de foregående uanset hvor mange videorammer, og når jeg ser en sprite ramte jeg en trigger, der beder kameraet om at stoppe og gemme, hvad det lige er optaget. Når vi kører med 10.000 billeder i sekundet, udfyldes bufferen på cirka et sekund, så det er hvor længe jeg er nødt til at genkende en sprite og trykke på knappen. Dette kan være temmelig beskatning af en langsom nat, når du ikke skal se, at der ikke sker noget i 45 minutter lige og stadig være klar med den reaktionstid på under et sekund.
Kan du beskrive opsætningen? Hvordan tager du faktisk fotografier fra flyvinduet?
Et billede er tusind ord værd, ikke?
Ahrns opsætning nær flyets vindue. Billedet med tilladelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Og til højhastighedsvideoen ...
Hans opsætning til optagelse af højhastighedsvideo. Billedet med tilladelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Vi har en internetforbindelse ombord på flyet, så vi kan se vejrforholdene i realtid. Vi peger bare ovenstående kameraer på den mest produktive look af stormen og venter på sprites.
Hvor sjældne er fotos som disse, du har taget?
Så vidt jeg kan vide, er de temmelig sjældne. Der er nogle spritbilleder taget med meteorkameraer og webkameraer derude, men de er normalt lav opløsning på grund af at være meget langt væk og bruge en vidvinkelobjektiv. Jeg har set to eller tre sprite-billeder taget med en DSLR, men de er stadig fra jorden og i god afstand væk, og normalt skudt af noget andet, der var heldig med en sprite i baggrunden. Jeg har fordelen ved at være oppe i luften, tæt på det spritproducerende område, med en god gæt af, hvor sprites vil vises, så jeg kan bruge en linse med et smalere synsfelt til at fange spriten på tæt hold.
Hvad angår de billeder, jeg fik af blå jetfly, så vidt jeg kan fortælle, at de faktisk er de første billeder af jetfly, der er taget med en DSLR. Det giver en vis mening, fordi jetflyene er meget tættere på toppen af skyerne end spriter så meget sværere at se fra jorden. At være i luften er en stor fordel.
Overtaget Red Willow County, Nebraska, den 12. august 2013. Billedet med tilladelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Hvad finder du kunstnerisk ved billederne, hvis noget?
Jeg tror, der er en virkelig anden ordlyd skarphed ved dem. Tag f.eks. Denne (ovenfor). Du har denne dejlige rolige stjernefelt, og noget køligt, beroligende blåt lys kommer op fra lynet nedenfor. Så BLAM! Denne underlige, truende, helt fremmede look sprite overtager bare hele scenen, som "Jeg er her, hvad skal du gøre med det?"
Hans Nielsen, den vigtigste efterforsker på kampagnen (og mit tidligere nævnte udvalgsmedlem), siger, at denne (nedenfor) minder ham om de klassiske hollandske malerier med dens sepia-toner og let sløret fra den atmosfæriske uklarhed.
Overtaget Canadian County, Oklahoma, den 6. august 2013. Billed med tilladelse fra Jason Ahrns via Flickr.
Hvad har du hørt indtil videre om sprites ved at deltage i dette projekt?
Personligt? Da jeg kom med i kampagnen i 2011 vidste jeg intet om sprites ud over Wikipedia-posten. Jeg lærer mere hver aften om kampagnerne, lytter til de andre snak om forholdene på forhånd, hvad vi ser under flyvningerne og vores 'hvad vi gjorde rigtigt, hvad vi gjorde forkert' diskussioner om øl efter flyvningen. Jeg er stadig en nybegynder sammenlignet med de andre fyre, men jeg er nu på det punkt, hvor jeg kan stille de fleste generelle offentlige spørgsmål om sprites og spritejagt.
Hvor og hvornår flyver du næste?
Intet er sat i sten, men vi vil virkelig gerne flyve næste sommer. Forhåbentlig kan vi få det til at ske.
