紅色精靈

介紹

紅色精靈

紅色精靈是一種伴隨著雷雨所產生的高空大氣放電現象，通常發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，底部則漸漸轉變為藍色，寬度約在五到十公里內，可持續約十到一百毫秒，如同閃電般轉瞬即逝。由於這些發光體的顏色是紅色，且在空中出現的時間不到三十分之一秒，有如鬼魅一般難以捉摸，所以科學家稱它們為“紅色精靈”。

發現

紅色精靈最早是在1886年被發現，但一直沒有明確的資料證明與雷暴和閃電的關係。直到1989年7月6日時任明尼蘇達綜合大學的物理學教授JohnR.利用一台低光度攝影機記錄了一道跳躍的火焰。在回放時他和他的兩名研究生RobertFranz和RobertNemzek驚訝的發現在圖象中有兩個巨型的閃光出現在北明尼蘇達的天空上。之後他們很快的證明了紅色精靈是在雷雲之上的一種特殊的閃電，也揭開了紅色精靈近一個世紀的神秘面紗。藉由美國太空總署的研究飛機的協助，第一個彩色“紅色精靈”的照片是由阿拉斯加大學Sentman教授所領導的紅色精靈研究團隊(spritesresearchteam)於1994年所攝得。

形成原因

精靈閃電的發生高度比普通閃電高很多

“紅色精靈”是近年來所發現數種由閃電所引發的中高空發光現象之一，其可能的成因簡示如下：一般閃電是源自帶著負電荷的雲層底部，並向下落至地表。偶爾，閃電是源自雲層頂端積蓄的大量正電荷，因此閃電發生後，電離層(Ionospere)和雲層頂有著很強大的電場，因此吸引著電子向上移動。在移動的過程中會和氣體分子碰撞，如果產生的電場夠強而且周圍的空氣夠稀薄，在和空氣分子撞擊之前，電子可以獲得相當高的能量，當電子撞擊空氣分子，會把它們撞到激髮狀態，讓分子發出輝光，產生紅色精靈這種高空短暫發光現象。理論上，這種現象發生於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，但長久以來並不為人們所知，追究其原因在於它是發生在極端明亮的雲對地閃電之後，因此上述的現象並不會特別引起科學家們的注意。紅色精靈發光的時間通常持續不到三十分之一秒，亮度通常也不很明亮，出現的機會相當低，因此，科學家必須使用高感光度的攝影機，持續對雷雨雲的上空錄像，才能紀錄到這種高空短暫發光現象。

1994年entman和Wescott第一次記錄到“藍色噴流”這種怪異的現象，他們是飛機在高空中飛越強烈的風暴之上，為捕捉紅色精靈期間利用高靈敏度的照相機意外拍攝到的。由這些照片可以得知這種光以秒速120公里自雲層頂端向上噴出，目前研究學者們正致力於找出可完整的解釋其成因的理論。

觀測條件

由於紅色精靈發生在雷雨雲的上空，觀測時都會選擇在二百至八百公里以外的雷雨雲作為觀測對象，而且為了避免大氣的干擾，觀測地點均設定在高山上，且天氣必需非常晴朗，如此即可遠觀雲層頂上的大氣放電現象，觀測的困難度相當高。

國際上已經有超過20個組織和團體在世界不同的地方研究紅色精靈這一現象，除著名的NASA和明尼蘇達大學外位於美國科羅拉多州的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色噴流有著大量和細緻的研究，並且也有專門的人員負責調查和收集世界各地關於紅色精靈和藍色噴流方面的資料。

目前，在我國台灣省也有一支由成功大學物理系和其它學術團體組成的紅色精靈研究團隊，在高空大氣閃電的研究方面也有很大的成就。

觀測記錄

2001年5月1日在我國的福建靠近廣東的方向由台灣成功大學物理系副教授蘇宗汗及軟體工程師章展誥在台灣氣阿里山氣象觀測站用高感度的黑白CCD攝影機拍攝得十多個紅色精靈的影像，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，隨後又觀測到海洋上空的紅色精靈事件，並發現大陸型的紅色精靈大都成群出現，而海洋型紅色精靈則以單根出現的機率較高，讓高空閃電研究學界首次注意海洋和大陸上空的高空閃電特性有所不同，並將高空閃電的研究重心轉移到海洋型高空閃電。

此外在2002年成大團隊更有震驚世界的發現，7月22日在台灣鵝鑾鼻觀測時發先了6例巨大的藍色噴流，其發生高度從16公里的雲層直到九十公里雲頂，這種特殊的自然現象，全世界的科學家到目前為止只記錄到六例。而國內目前還沒有這方面的資料文獻。

2004年7月08日,華衛二號五月二十一日成功發射升空後，昨日傳回令研究團隊興奮的好訊息。台灣太空計畫室表示，華衛二號所搭載的高空大氣閃電影像儀於七月四日首次成功的在菲律賓與非洲大陸上方，觀測到高空大氣的發光現象，包含紅色精靈、精靈光暈、淘氣精靈與大氣輝光，這是全球首次以人造衛星拍攝到高空向上閃電的現象。

藍色噴流現象

藍色噴流

1994年entman和Wescott第一次記錄到“藍色噴流”這種怪異的現象，他們是飛機在高空中飛越強烈的風暴之上，為捕捉紅色精靈期間利用高靈敏度的照相機意外拍攝到的。由這些照片可以得知這種光以秒速120公里自雲層頂端向上噴出，目前研究學者們正致力於找出可完整的解釋其成因的理論。

紅色精靈和藍色噴流最早是在1886年被發現，但一直沒有明確的資料證明與雷暴和閃電的關係。直到1989年7月6日時任明尼蘇達綜合大學的物理學教授JohnR.利用一台低光度攝影機記錄了一道跳躍的火焰。在回放時他和他的兩名研究生RobertFranz和RobertNemzek驚訝的發現在圖象中有兩個巨型的閃光出現在北明尼蘇達的天空上。之後他們很快的證明了紅色精靈和藍色噴流是在雷雲之上的一種特殊的閃電，也揭開了紅色精靈和藍色噴流近一個世紀的神秘面紗。

研究團隊

國內研究團隊

紅色精靈研究團隊是在太空計畫室主任李羅權教授的督導之下，由計畫總主持人成功大學物理系陳志隆教授（負責酬載發展部分）率領的“成大團隊”負責科學籌載的發展、測試與系統整合，並建立資料中心與科學探索團隊。“成大團隊”的成員包括有成大物理系陳志隆（負責酬載發展部分），許瑞榮（負責科學探索部分），蘇漢宗（負責數據中心部分），蔡錦俊（負責酬載測試部分）等四位教授，以及遠東技術學院助教授張名輝。尚有由中央大學倪簡白教授與葉永烜教授所組成的“中大團隊”，以及由陳至信博士與張勝聰博士所組成的“精密儀器中心團隊”協同執行整個計畫。

國外研究團隊

國外的合作團隊主要有美國加州大學柏克萊分校太空科學實驗室 S.Mende教授所領導的“UCB團隊”和日本東北大學(TohokuUniversity)H.Fukunishi教授所率領的“TU團隊”。

研究意義

目前，中國國有關紅色精靈研究的背景知識與整個計畫的執行情形都會在網路上展示。將來也會定期地繼續充實網頁的內容。對中國的可預期效益為：

(1)提升我國太空物理研究的世界地位。

(2)建立我國太空光學量測儀器與科學酬載的設計、組裝、測試及系統整合能力。

3)科學酬載的技術可衍生作為民生所用，也可促進科學研究的進步。