紅色精靈
紅色精靈是一種伴隨著雷雨所產(chǎn)生的高空大氣放電現(xiàn)象，通常發(fā)生在雷雨云云層頂離地面約三十到九十公里的高空。紅色精靈上半部是紅色，底部則漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色，寬度約在五到十公里內(nèi)，可持續(xù)約十到一百毫秒，如同閃電般轉(zhuǎn)瞬即逝。由于這些發(fā)光體的顏色是紅色，且在空中出現(xiàn)的時(shí)間不到三十分之一秒，有如鬼魅一般難以捉摸，所以科學(xué)家稱它們?yōu)椤凹t色精靈”。
2015年12月，歐洲南方天文臺(tái)（ESO）的攝影師拍攝到了“紅色精靈”的圖片。
研究歷史 編輯本段
國際空間站拍攝的紅色精靈
從1886年最早發(fā)現(xiàn)紅色精靈到以后的100年間沒有任何的文字圖像資料證明這種壯觀的大氣閃光現(xiàn)象形成的原因，直到1989年7月時(shí)任明尼蘇達(dá)綜合大學(xué)的物理學(xué)教授John R.才記錄了紅色精靈的影象，從此揭開了蒙在紅色精靈臉上100多年的神秘面紗。
直到1989年7月6日時(shí)任明尼蘇達(dá)綜合大學(xué)的物理學(xué)教授John R.利用一臺(tái)低光度攝影機(jī)記錄了一道跳躍的火焰。在回放時(shí)他和他的兩名研究生Robert Franz 和 Robert Nemzek驚訝的發(fā)現(xiàn)在圖像中有兩個(gè)巨型的閃光出現(xiàn)在北明尼蘇達(dá)的天空上。
產(chǎn)生機(jī)理 編輯本段
“紅色精靈”是所發(fā)現(xiàn)數(shù)種由閃電所引發(fā)的中高空發(fā)光現(xiàn)象之一，其可能的成因簡示如下：一般閃電是源自帶著負(fù)電荷的云層底部，并向下落至地表。
偶爾，閃電是源自云層頂端積蓄的大量正電荷，因此閃電發(fā)生后，電離層(ionosphere)和云層頂有著很強(qiáng)大的電場，因此吸引著電子向上移動(dòng)。在移動(dòng)的過程中會(huì)和氣體分子碰撞，如果產(chǎn)生的電場足夠強(qiáng)而且周圍的空氣足夠稀薄，在和空氣分子撞擊之前，電子可以獲得相當(dāng)高的能量，當(dāng)電子撞擊空氣分子，會(huì)把它們撞到激發(fā)狀態(tài)，讓分子發(fā)出輝光，產(chǎn)生紅色精靈這種高空短暫發(fā)光現(xiàn)象。
理論上，這種現(xiàn)象發(fā)生于40至90公里的高空中。最亮的紅色精靈人類的肉眼就可以看見，但長久以來并不為人們所知，追究其原因在于它是發(fā)生在極端明亮的云對地閃電之后，因此上述的現(xiàn)象并不會(huì)特別引起科學(xué)家們的注意。紅色精靈發(fā)光的時(shí)間通常持續(xù)不到三十分之一秒，亮度通常也不很明亮，出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相當(dāng)?shù)停虼耍茖W(xué)家必須使用高感光度的攝影機(jī)，持續(xù)對雷雨云的上空錄像，才能紀(jì)錄到這種高空短暫發(fā)光現(xiàn)象。
發(fā)生實(shí)例 編輯本段
藍(lán)色噴流
1994年entman 和 Wescott第一次記錄到“藍(lán)色噴流”這種怪異的現(xiàn)象，他們是飛機(jī)在高空中飛越強(qiáng)烈的風(fēng)暴之上，為捕捉紅色精靈期間利用高靈敏度的照相機(jī)意外拍攝到的。由這些照片可以得知這種閃電以秒速120公里自云層頂端向上噴出，目前研究學(xué)者們正致力于找出可完整的解釋其成因的理論。中國影象
2001年5月1日在中國的福建靠近廣東的方向由臺(tái)灣成功大學(xué)物理系副教授蘇宗汗及軟件工程師章展誥在臺(tái)灣氣阿里山氣象觀測站用高感度的黑白CCD攝影機(jī)拍攝得十多個(gè)紅色精靈的影像，這也是我國目前唯一成功拍攝到的紅色精靈的影象。
緊接著在亞洲大陸上空的紅色精靈，隨后又觀測到海洋上空的紅色精靈事件，并發(fā)現(xiàn)大陸型的紅色精靈大都成群出現(xiàn)，而海洋型紅色精靈則以單根出現(xiàn)的機(jī)率較高，讓高空閃電研究學(xué)界首次注意海洋和大陸上空的高空閃電特性有所不同，并將高空閃電的研究重心轉(zhuǎn)移到海洋型高空閃電。
此外在2002年成大團(tuán)隊(duì)更有震驚世界的發(fā)現(xiàn)，7月22日在臺(tái)灣鵝鑾鼻觀測時(shí)發(fā)先了6 例巨大的藍(lán)色噴流，其發(fā)生高度從16 公里的云層直到九十公里云頂，這種特殊的自然現(xiàn)象，全世界的科學(xué)家到目 前為止只記錄到六例。而國內(nèi)目 前還沒有這方面的資料文獻(xiàn)。
成功大學(xué)物理系“高空大氣閃電影像儀”(Imager of Sprite : Upper Atmosphere Lightning，簡稱為ISUAL) 太空計(jì)畫科學(xué)團(tuán)隊(duì)，4月30 日晚間在氣象局阿里山工作站從事紅色精靈觀測時(shí)，在往大陸的福建、廣東方向，約600公里遠(yuǎn)處的一個(gè)雷雨系統(tǒng)，以高感度的黑白CCD攝影機(jī)拍攝得十多個(gè)紅色精靈的影像。附圖便是其中的一個(gè)明顯事件，圖中兩條蘿卜狀的亮光便是紅色精靈。
這一系列的影像，可說是在臺(tái)灣拍攝的第一批清晰的紅色精靈影像。這些紅色精靈是發(fā)上在約600公里遠(yuǎn)處雷雨云的上空，紅色精靈發(fā)生的瞬間，連阿里山的夜空也為之一亮。
這一批紅色精靈影像，是由成功大學(xué)物理系副教授蘇漢宗及軟體工程師章展誥所拍攝的。觀測團(tuán)隊(duì)的其他成員還包括物理系教授許瑞榮，博士后研究員陳炳志博士，助理李宜蓁，以及大四學(xué)生陳小芳與陳秋雯。所用的儀器有Sigma 20mm, f/1.8廣角鏡頭，Watec的WAT-902H微光CCD以及SONY DCR-PC5 DV數(shù)位錄影機(jī)。
在此之前我們曾在中央大學(xué)鹿林山天文臺(tái)經(jīng)做過三次觀測，并無所獲；直到4月28日，才由蘇漢宗教授帶領(lǐng)陳小芳與陳秋雯兩位同學(xué)這一次才觀測得數(shù)個(gè)紅色精靈的事件，但是由于影像品質(zhì)并不理想，因此在4月30日蘇漢宗教授與章展誥先生再度前往阿里山氣象站從事觀測，終于在5月1日零時(shí)起才開始觀測到這一系列清晰的紅色精靈事件。臺(tái)灣地區(qū)的紅色精靈觀測計(jì)畫正陸續(xù)展開中，相信在不久的我們將來會(huì)收集到更多且品質(zhì)更好的紅色精靈影像，從事科學(xué)分析以期能對紅色精靈的物理機(jī)制有更進(jìn)一步的了解。
ISUAL太空計(jì)畫是中華二號衛(wèi)星的科學(xué)酬載。中華二號衛(wèi)星是一顆低軌道太陽同步衛(wèi)星，它的軌道高度約891公里，傾斜角約99度。主要的酬載任務(wù)利用遙測酬載儀器（Remote Sensing Instrument, RSI）對臺(tái)灣陸地及海域進(jìn)行近即時(shí)之大氣、海洋及陸地進(jìn)行遙測，以獲取可應(yīng)用在土地利用、災(zāi)害評估、農(nóng)林環(huán)境、環(huán)境污染狀況監(jiān)控等方面，及科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的資料。而ISUAL太空計(jì)劃的主要科學(xué)目標(biāo)為：
(1)確定高空大氣閃電（紅色精靈）的動(dòng)態(tài)演歷及頻譜變化以解開高空大氣閃電發(fā)生之謎。
(2)以紫外線波段來探索高空大氣閃電中的未知現(xiàn)象。(3) 確認(rèn)高空大氣閃電時(shí)大氣的離子化程度，以了解在地球上的高能量γ-ray是如何產(chǎn)生的。(4)建立高空大氣閃電、大氣輝光及極光的全球分布情形的數(shù)據(jù)資料庫。另外的技術(shù)目標(biāo)是：建立太空級光學(xué)測量儀器及科學(xué)酬載規(guī)畫、設(shè)計(jì)、組裝、測試與系統(tǒng)整合的能力。其中包括設(shè)立科學(xué)酬載發(fā)展實(shí)驗(yàn)室、科學(xué)酬載測試實(shí)驗(yàn)室、科學(xué)數(shù)據(jù)處理與資料分送中心。
歐洲影象
2015年12月，歐洲南方天文臺(tái)（ESO）的攝影師拍攝到了“紅色精靈”的圖片。“紅色精靈”是在高海拔地區(qū)、出現(xiàn)在雷暴上空的一種罕見自然現(xiàn)象。在這張圖像的中心，“紅色精靈”的卷須似乎正在升起，抵達(dá)星光熠熠的夜空。
觀測組織 編輯本段
由于紅色精靈發(fā)生在雷雨云的上空，觀測時(shí)都會(huì)選擇在二百至八百公里以外的雷雨云作為觀測對象，而且為了避免大氣的干擾，觀測地點(diǎn)均設(shè)置在高山上，且天氣必需非常晴朗，如此即可遠(yuǎn)觀云層頂上的大氣放電現(xiàn)象，觀測的困難度相當(dāng)高。
國際
國際上已經(jīng)有超過20 個(gè)組織和團(tuán)體在世界不同的地方研究紅色精靈這一現(xiàn)象，除著名的NASA 和明尼蘇達(dá)大學(xué)外位于美國科羅拉多州的Sky-Fire公司在大氣物理研究和對紅色精靈的研究也卓有成就，Sky-Fire 公司對紅色精靈和藍(lán)色噴流有著大量和細(xì)致的研究，并且也有專門的人員負(fù)責(zé)調(diào)查和收集世界各地關(guān)于紅色精靈和藍(lán)色噴流方面的資料。
國外的合作團(tuán)隊(duì)主要有美國加州大學(xué)柏克萊分校太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室( Univ. of California, Berkeley; Space Science Laboratory ) S. Mende教授所領(lǐng)導(dǎo)的“UCB團(tuán)隊(duì)”；日本東北大學(xué)(Tohoku University) H. Fukunishi教授所率領(lǐng)的“TU團(tuán)隊(duì)”。
中國
紅色精靈
紅色精靈研究團(tuán)隊(duì)是在太空計(jì)畫室主任李羅權(quán)教授的督導(dǎo)之下，由計(jì)劃總主持人成功大學(xué)物理系陳志隆教授（負(fù)責(zé)酬載發(fā)展部分）率領(lǐng)的“成大團(tuán)隊(duì)”負(fù)責(zé)科學(xué)籌載的發(fā)展、測試與系統(tǒng)整合，并建立資料中心與科學(xué)探索團(tuán)隊(duì)。
“成大團(tuán)隊(duì)”的成員包括有成大物理系陳志隆（負(fù)責(zé)酬載發(fā)展部分），許瑞榮（負(fù)責(zé)科學(xué)探索部分），蘇漢宗（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中心部分），蔡錦俊（負(fù)責(zé)酬載測試部分）等四位教授，以及遠(yuǎn)東技術(shù)學(xué)院助教授張名輝。尚有由中央大學(xué)倪簡白教授與葉永烜教授所組成的“中大團(tuán)隊(duì)”，以及由陳至信博士與張勝聰博士所組成的“精密儀器中心團(tuán)隊(duì)”協(xié)同執(zhí)行整個(gè)計(jì)劃。
研究意義 編輯本段
中國國有關(guān)紅色精靈研究的背景知識(shí)與整個(gè)計(jì)劃的執(zhí)行情形都會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上展示。將來也會(huì)定期地繼續(xù)充實(shí)網(wǎng)頁的內(nèi)容。對中國的可預(yù)期效益為：
(1)提升我國太空物理研究的世界地位。
(2)建立我國太空光學(xué)量測儀器與科學(xué)酬載的設(shè)計(jì)、組裝、測試及系統(tǒng)整合能力。
3)科學(xué)酬載的技術(shù)可衍生作為民生所用，也可促進(jìn)科學(xué)研究的進(jìn)步。
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