從國際空間站俯瞰雷云風(fēng)暴的另一面

烏云密布、電閃雷鳴是人們見過的最狂暴的自然現(xiàn)象之一，生活在大氣層最底端的我們能看到耀眼的光芒，聽到巨大的轟鳴，對天地偉力油然而生敬畏之心。然而若是從比大氣層還高的地方看下去，則會(huì)有完全不同的另一種感覺。

大部分人們能看到的閃電都發(fā)生在對流層，而位置更高的中高層大氣放電現(xiàn)象，很難直接從地球表面觀察到，因此科學(xué)家對其依然知之甚少。2018年在國際空間站加裝了一臺名為“ASIM（Atmosphere-Space Interactions Monitor）”的觀測儀器，集合了光學(xué)相機(jī)、光度計(jì)、X射線與伽馬射線探測器等功能，目標(biāo)便是從更高的地方觀察大氣放電現(xiàn)象，尋找瞬態(tài)發(fā)光事件等高層大氣風(fēng)暴。由于太空中沒有空氣，不帶巨大聲響的閃電看起來遠(yuǎn)沒有平時(shí)那樣震撼，反倒顯得有點(diǎn)可愛，于是科學(xué)家?guī)退鼈內(nèi)×烁鞣N有趣名字：紅色精靈、藍(lán)色噴流、淘氣精靈等。

中高層大氣放電又稱瞬態(tài)發(fā)光事件（Transient Luminous Events，TLEs），是在雷雨云系統(tǒng)至電離層底部間發(fā)生的放電現(xiàn)象，由于樣子與我們常見的對流層閃電不同，故而被科學(xué)家另取名，比如：呈紅橙色、下部為卷須狀、上部有弧形枝狀結(jié)構(gòu)的紅色精靈（Redsprites），是發(fā)生在積雨云之上由云層與地面間正閃電引起的大規(guī)模放電現(xiàn)象，大小與形態(tài)變化很大。 也有呈細(xì)錐形、從積雨云頂端一直延伸到離地40～50公里高（電離層）的藍(lán)色噴流（blue jets），亮度比紅色精靈還要亮，但它們并非直接由閃電引起，科學(xué)家認(rèn)為應(yīng)該是電擊穿現(xiàn)象形成了一條不可見的導(dǎo)電信道，然后藍(lán)色噴流沿著這條信道傳播。

在2019年發(fā)現(xiàn)的一種奇特的倒掛式閃電，稱為藍(lán)色噴流（如圖所示）從雷云升入平流層。 圖源：DTU SPACE, DANIEL SCHMELLING/MOUNT VISUAL 還有一種更罕見的極低頻率輻射現(xiàn)象，稱為淘氣精靈（Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources，ELVES），這是一種直徑可達(dá)500公里的大范圍閃光，通常發(fā)生在離積雨云100公里高的電離層中。

地球大氣層各種放電現(xiàn)象，最下部為最常見的閃電，接著是從積雨云頂端延伸到電離層的「藍(lán)色噴流」；再往上是發(fā)生在積雨云之上的大規(guī)模放電現(xiàn)象「紅色精靈」；最上部則是極度壯觀的大范圍閃光現(xiàn)象「淘氣精靈」。圖源：歐洲航天局 最近，ASIM儀器成功在太平洋云層頂部看到5個(gè)強(qiáng)烈閃光，緊接著一片夢幻又震撼眼球的淘氣精靈迅速自電離層底部大范圍擴(kuò)張，最后從平流層出現(xiàn)一條垂直向上的藍(lán)色噴流，場面相當(dāng)壯觀。 這些觀測結(jié)果能幫助科學(xué)家理解云如何引發(fā)閃電，研究人員認(rèn)為這些現(xiàn)象甚至可能影響地球大氣中溫室氣體的濃度，也指出淘氣精靈應(yīng)該不是由閃電流（lightning current）引起，而更像是雷雨云內(nèi)部發(fā)生的大功率無線電波放電，稱為窄雙極事件（narrow bipolar events）。由于窄雙極事件非常普遍，這可能代表高層大氣放電現(xiàn)象也比我們想像中更加普遍。論文發(fā)表在最近的Nature上。

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