Różnorodność zjawisk elektrycznych ponad chmurami burzowymi

Już od najdawniejszych czasów ludzie interesowali się wyładowaniami atmosferycznymi. Starożytni wierzyli, że piorunami władają bogowie i zsyłają je na ziemię z powodu swojego niezadowolenia (np. grecki Zeus, czy w mitologii wikingów- Thor). Teraz, chociaż naukowcy odkryli ich mechanizm, nadal uważamy wyładowania atmosferyczne za nieco tajemnicze zjawisko. Po przeanalizowaniu błyskawic widzianych w dolnej części chmury burzowej zaczęto zastanawiać się nad wyładowaniami w obszarze miedzy górną częścią chmury a jonosferą. Chociaż dochodziły informacje (w szczególności od pilotów) o świetlistych błyskach wysoko na nocnym niebie, naukowcy podchodzili to tego sceptycznie. W roku 1990 John R. Winckler, wraz ze swoimi współpracownikami z University of Minnesota, jako pierwszy zarejestrował te zjawisko za pomocą kamery wideo.
Błyskawice są powodowane różnicą potencjałów. Występują zarówno pomiędzy chmurami a ziemią, oraz chmurami burzowymi a jonosferą. W normalnych warunkach powietrze jest izolatorem elektrycznym, lecz czasami tworzy się przebicie umożliwiające przepływ prądu elektrycznego. Na wysokościach od 50km do 90km powietrze jest bardzo rozrzedzone i wyładowania napotykają na swojej drodze tylko nieliczne cząsteczki gazu. Dzięki temu błyskawice na tej wysokości mają nietypową barwę, najczęściej czerwoną i bardzo słabo widoczną. Dlatego do zaobserwowania takiego zjawiska potrzebne są specjalistyczne kamery wideo.
Naukowcy zajmujący się rozwikłaniem tajemnicy wyładowań atmosferycznych ponad chmurami, badali je zarówno z ziemi jak i z powietrza. Dzięki temu, po wielu próbach, zarejestrowano fale radiowe, które umożliwiły sformułować pierwszy teoretyczny model tego zjawiska. Odkryte dotąd zjawiska elektryczne towarzyszące wyładowaniom uczeni podzielili na cztery kategorie:
 „Krasnoludki” (ang. Sprites) - są to rzadko występujące błyski świetlne. Można je zaobserwować w części atmosfery zwanej mezosferą, ponad chmurami burzowymi (50-90km). W porównaniu do zwykłych piorunów „krasnoludki” przebijają się przed górną, dodatnio naładowaną część chmury bezpośrednio do ziemi. W kanale wyładowania tego zjawiska towarzyszy przepływ prądu o bardzo dużym natężeniu. Około jeden na dwadzieścia piorunów z górnej warstwy chmury, jest wystarczająco silny aby utworzyć „krasnoludka”;
 „Elfy” (ang. Elves) - podobnie ja u „krasnoludków” ich źródłem jest pole elektryczne wytwarzane na bardzo dużej wysokości przez bardzo silne wyładowania skierowane do ziemi. „Elfy” są świetlistymi płaszczyznami, kształtem przypominającymi naleśnika. Zjawiska te mogą towarzyszyć „krasnoludkom”, ale pojawiają się pierwsze i pierwsze znikają. „Elfy” występują około 75-100km nad ziemią;
 „Błękitne fontanny” (ang. Blue jets) - po raz pierwszy zostały zarejestrowane w 1994r przez E. M. Wescotta i D. D. Sentmana podczas lotu samolotem nad silną burzą w Arkansas. Zjawisko to występuje wyłącznie poniżej 40 km i ma charakterystyczny, w odróżnieniu do „ elfów” i „krasnoludków”, intensywny niebieski kolor. Świetliste stróżki „błękitnej fontanny”, wystrzeliwują z górnych partii chmur burzowych z prędkością 120km/s. Naukowcy jeszcze nie uzgodnili teorii najlepiej wyjaśniającej ich powstawanie;
 Impulsy promieniowania gamma (ang. Gamma-ray events) - są najbardziej zagadkowymi zjawiskami elektrycznymi zachodzącymi w górnych warstwach atmosfery. Ich istnienie potwierdził satelita Compton Gamma Ray Observatory, który zarejestrował promieniowanie biegnące od strony Ziemi. Promieniowanie gamma pochodzi ze źródeł jądrowych lub kosmicznych, dlatego nie oczekuje się jego powstawania w ziemskiej atmosferze. Do wytworzenia promieniowania gamma potrzebna jest energia około 1000000 eV (elektronowoltów). To zjawisko jak i „błękitne fontanny” dopiero zaczynają być przedmiotem badań naukowców. Więcej szczegółów dotyczących impulsów promieniowania gamma, mogą przynieść prowadzone obserwacje satelitarne.
Jak do tej pory naukowcom udało się sformułować definicje przyczyn ich powstawania „krasnoludków” i „elfów”. Teoria powstawania pozostałych dwóch zjawisk nie jest jeszcze zbyt pewna. Uczeni całego świata nadal zbierają informacje na ich temat. Nam, zwykłym śmiertelnikom, pozostało jedynie przyglądanie się wyładowaniom atmosferycznym o tak fantazyjnych nazwach, o których w przyszłości będziemy wiedzieć znacznie więcej.

Bibliografia:
1. „Wyładowania atmosferyczne ponad chmurami” Stephen B. Mende, Davis D. Sentman i Eugene M. Wescott
Tłumaczył Mirosław Łukaszewski („Świat nauki” październik 1997)