Jason Ahrns, uno studente laureato presso la University of Alaska-Fairbanks e altri scienziati della US Air Force Academy e del Fort Lewis College, tutti parte di un progetto sponsorizzato dalla National Science Foundation, sono stati in missione. Quest'estate, il gruppo è salito in cielo nel velivolo di ricerca Gulfstream V del National Center for Atmospher Research, registrando un totale di 30 ore su più voli, alla ricerca di sprite.
Gli sprite, noti anche come fulmini rossi, sono scariche elettriche che compaiono come esplosioni di luce rossa sopra le nuvole durante i temporali. Poiché il fenomeno meteorologico è così fugace (gli sprite lampeggiano per appena millisecondi) e per la maggior parte non visibili da terra, sono difficile da osservare e ancora più difficile da fotografare, un po 'come gli spiriti dispettosi dell'aria del regno fantasy da cui prendono il nome. Ahrns e i suoi colleghi, tuttavia, hanno catturato fotografie estremamente rare del lampo rosso, usando fotocamere DSLR e videocamere ad alta velocità posizionate nella finestra dell'aereo. I ricercatori sperano di saperne di più sui processi fisici e chimici che danno origine a folletti e altre forme di fulmini atmosferici superiori.
Com'è catturare immagini di alcune delle caratteristiche più brevi e irregolari della natura? Ho interrogato Ahrns per e-mail e mi ha spiegato cosa sono gli sprite, perché si verificano, come gli scienziati li trovano e perché è così interessato ai fenomeni sfuggenti.
Prima di tutto, cos'è uno sprite?
Uno sprite è una specie di scarica elettrica nell'atmosfera superiore associata a temporali. Un grande campo elettrico, generato da alcuni fulmini, ionizza l'aria in alto sopra la nuvola, che quindi emette la luce che vediamo nelle immagini. Chiaramente chiedono il confronto con i normali fulmini che vediamo continuamente, ma mi piace sottolineare che gli sprite sono molto più alti, con le cime che arrivano fino a circa 100 chilometri e più in alto. Un fulmine potrebbe allungarsi di circa 10 chilometri dalla nuvola a terra, ma uno sprite può raggiungere i 50 chilometri di altezza.
Uno sprite di "meduse" catturato nella Contea di Republic, in Kansas, il 3 agosto 2013. Immagine gentilmente concessa da Jason Ahrns tramite Flickr.
In quali condizioni si verificano?
Sono associati a colpi di fulmine positivi, che è quando la nuvola ha un accumulo di carica positiva e rilascia un fulmine. I colpi negativi, da un accumulo di carica negativa, sono circa 10 volte più comuni, quindi gli sprite non sono fortemente associati al tipo più comune di lampo, ma non è nemmeno così insolito. Più di un semplice colpo positivo, maggiore è la carica che è stata spostata durante il colpo, maggiori sono le possibilità di uno sprite. Quindi cerchiamo un grande cambiamento di momento-carica positivo, che è fondamentalmente i colpi positivi ponderati da quanta carica è stata mossa. I più grandi temporali sembrano produrre le condizioni che portano agli sprite, ma alcuni più di altri. Cerchiamo solo una tempesta con una storia di molti grandi cambiamenti di carica-momento positivi e andiamo a vederlo.
Qual è il tuo background scientifico? E come ti sei interessato agli sprite?
Sono principalmente un ricercatore di aurora, questo è ciò su cui sto facendo la mia tesi all'UAF. Sono stato coinvolto negli sprite perché uno dei membri del mio comitato laureato sta organizzando queste campagne e aveva bisogno di un aiuto extra. Pensavo che gli sprite fossero affascinanti, e il mio consulente mi ha supportato a ramificarmi un po ', quindi sono salito a bordo della squadra.
Sprites su Red Willow County, Nebraska, il 12 agosto 2013. Immagine gentilmente concessa da Jason Ahrns tramite Flickr.
Da quello che ho capito, non si sa molto sul fulmine rosso, scoperto solo 25 anni fa. Con il progetto NSF, cosa speri tu e gli altri scienziati di imparare? Quali sono le maggiori domande che hai?
Con questa campagna ci stiamo concentrando su tre domande. Innanzitutto, quali sono i processi fisici e chimici di base? Non è ancora chiaro cosa stia esattamente accadendo in uno sprite, e perché ci siano diversi tipi di sprite, e quali condizioni ti danno uno sprite di colonna rispetto a uno di carote, per esempio. (Tutti i nomi degli sprite si riferiscono solo alla loro forma.) Successivamente, gli sprite hanno un impatto su larga scala nell'atmosfera centrale? Gli sprite rappresentano chiaramente una sorta di trasferimento di energia, ma è su una scala che ha un effetto significativo sul tempo e sul clima? Non possiamo rispondere senza studiarli. E quindi, cosa possiamo imparare sulla fisica di base dello streamer? I viticci che escono dal fondo degli sprite sono "stelle filanti" - palline di ionizzazione - che si muovono. La velocità e la durata dello streamer sono correlate alla densità dell'aria, quindi studiare gli sprite nell'atmosfera superiore a densità molto bassa è come guardare gli streamer con una lente d'ingrandimento al rallentatore, anche se sono ancora abbastanza veloci!
In quante missioni di caccia allo sprite sei stato in missione?
Personalmente, questa è la mia seconda campagna aerea. Il primo, nel 2011, ha volato per un totale di 40 ore di volo, e questa campagna è durata altre 30 ore. Probabilmente è circa 15 voli totali. Lo stesso equipaggio, meno me, ha fatto un'altra campagna aerea nel 2009.
Ahrns ha catturato questi getti blu, che sembrano fiamme da un accendino butano, sopra la Contea di Republic, nel Kansas, il 3 agosto 2013. A differenza degli sprite, i getti blu non sono direttamente innescati da un fulmine, ma sembrano in qualche modo legati alla presenza di tempeste di grandine. Immagine gentilmente concessa da Jason Ahrns tramite Flickr.
Quali condizioni, ore del giorno, aree del paese e altitudini sono ideali per questi voli?
Il midwest è produttivo, soprattutto perché riceve questi potenti temporali che durano tutta la notte. Ovviamente, abbiamo bisogno che sia buio, ma a parte questo il tempo della notte non sembra importare molto, solo quanto è forte la tempesta e quanto potente lampo positivo sta producendo. Notiamo che quando la tempesta sta andando bene produce gli sprite di colonna e gli sprite di carota, ma quando si spegne sembra passare a sprite di meduse meno frequenti, ma più grandi e più luminosi. Voliamo il più in alto possibile, di solito tra 41.000 e 45.000 piedi, ma è semplicemente per avere una vista sopra le nuvole. Siamo ancora sotto gli sprite.
Il lampo dura solo millisecondi, quindi sono particolarmente curioso di sapere come lo fotografi. Che attrezzatura usi?
Per le fotografie, ho appena impostato la mia fotocamera (una Nikon D7000 e un obiettivo veloce) rivolta verso l'esterno della finestra e ho impostato un intervallometro in modo che la fotocamera scatta costantemente foto. Poi ripasso più tardi ed elimino tutto ciò che non contiene sprite. È lo stesso principio della fotografia lampo; sembra che dovresti avere il tempismo giusto ma è davvero solo statistico, se scatti un mucchio di foto uno di loro otterrà qualcosa prima o poi. Probabilmente scatto sull'ordine di 1.000 foto per ogni sprite con cui vengo via.
Per le videocamere ad alta velocità, la videocamera ha un buffer che scorre costantemente attraverso i precedenti ma molti fotogrammi video, e quando vedo uno sprite premo un grilletto che dice alla videocamera di fermarsi e salvare qualunque cosa abbia appena registrato. Quando eseguiamo 10.000 frame al secondo, il buffer si riempie in circa un secondo, quindi è per quanto devo riconoscere uno sprite e premere il pulsante. Questo può essere piuttosto faticoso in una notte lenta quando non devi vedere niente accadere per 45 minuti di fila ed essere ancora pronto con quel tempo di reazione inferiore a un secondo.
Puoi descrivere l'installazione? Come scatti effettivamente le fotografie dalla finestra dell'aereo?
Un'immagine vale più di mille parole, giusto?
La configurazione di Ahrns vicino alla finestra dell'aereo. Immagine gentilmente concessa da Jason Ahrns tramite Flickr.
E per il video ad alta velocità ...
La sua configurazione per l'acquisizione di video ad alta velocità. Immagine gentilmente concessa da Jason Ahrns tramite Flickr.
Abbiamo una connessione Internet a bordo dell'aereo in modo da poter vedere le condizioni meteorologiche in tempo reale. Puntiamo le telecamere sopra alla parte più produttiva della tempesta e aspettiamo gli sprite.
Quanto sono rare le foto come queste che hai scattato?
Per quanto ne so, sono piuttosto rari. Ci sono alcune immagini sprite scattate con telecamere meteorologiche e webcam là fuori, ma di solito sono a bassa risoluzione a causa di essere molto lontane e utilizzando un obiettivo grandangolare. Ho visto due o tre immagini di sprite scattate con una DSLR, ma sono ancora da terra e a una buona distanza, e di solito scatti di qualcos'altro che è stato fortunato con uno sprite in background. Ho il vantaggio di essere in aria, vicino alla regione di produzione degli sprite, con una buona idea di dove appariranno gli sprite, quindi posso usare una lente con un campo visivo più stretto per catturare da vicino lo sprite.
Per quanto riguarda le immagini che ho ottenuto di getti blu, per quanto ne so in realtà sono le prime immagini di getti scattate con una DSLR. Questo ha un senso, perché i getti sono molto più vicini alla cima delle nuvole rispetto agli sprite molto più difficili da vedere da terra. Essere in aria è un grande vantaggio.
Acquisizione di Red Willow County, Nebraska, il 12 agosto 2013. Immagine gentilmente concessa da Jason Ahrns tramite Flickr.
Cosa trovi abile delle immagini, se non altro?
Penso che ci sia una severità decisamente diversa da parte loro. Prendi questo (sopra), per esempio. Hai questo bel campo stellare sereno e una luce blu fredda e rilassante che sale dal fulmine in basso. Quindi BLAM! Questo strano sprite dall'aspetto totalmente alieno prende il sopravvento sull'intera scena, come "Sono qui, che cosa hai intenzione di fare al riguardo?"
Hans Nielsen, il principale investigatore della campagna (e il mio membro del comitato precedentemente citato), afferma che questo (sotto) gli ricorda i classici dipinti olandesi, con i suoi toni seppia e una leggera sfocatura dalla foschia atmosferica.
Assunta la contea canadese, Oklahoma, il 6 agosto 2013. Immagine gentilmente concessa da Jason Ahrns tramite Flickr.
Cosa hai imparato finora sugli sprite partecipando a questo progetto?
Personalmente? Quando ho aderito alla campagna del 2011, non sapevo nulla degli sprite oltre la voce di Wikipedia. Imparo di più ogni sera delle campagne, ascoltando prima gli altri che parlano delle condizioni, di ciò che vediamo durante i voli e delle nostre discussioni su "cosa abbiamo fatto bene, cosa abbiamo fatto di sbagliato" sulla birra post-volo. Sono ancora un novizio rispetto agli altri ragazzi, ma ora sono al punto in cui posso porre le domande più comuni del pubblico sugli sprite e sulla caccia allo sprite.
Dove e quando volerai dopo?
Nulla è incastonato nella pietra, ma vorremmo davvero volare di nuovo la prossima estate. Speriamo di riuscire a farlo accadere.
