Sprite munje, crveni bljeskovi iznad oluja

Piloti su desetljećima pričali o crvenim bljeskovima iznad olujnih oblaka, a znanstvenici su ih smatrali optičkom varkom. Onda je 1989. kamera koja se ondje našla slučajno snimila jedan od njih.

Ukratko

Sprite munje su kratki crvenkasti bljeskovi koji nastaju 50 do 90 kilometara iznad velikih olujnih oblaka i traju tek nekoliko tisućinki sekunde.
Piloti su ih opisivali desetljećima, a prvi ih je snimio tim Sveučilišta u Minnesoti 6. srpnja 1989. dok je ispitivao kameru za slabo svjetlo.
Nastaju nakon posebno snažnih munja koje u tlo odnose pozitivan naboj, kad iznad oblaka na trenutak nastane jako električno polje.
Uz njih su otkriveni i drugi prolazni svjetlosni događaji: plavi mlazovi, prstenovi "elves" i golemi mlazovi koji spajaju oblak s ionosferom; zašto ih neke oluje stvaraju, a druge ne, još nije posve jasno.

Ljetna oluja s tlom izgleda kao tamna stijena oblaka iz koje udaraju munje. Gornja strana oblaka, na visini od deset do petnaest kilometara, dugo je bila izvan pogleda. Iznad nje je stratosfera, a još više mezosfera, sloj zraka toliko rijedak da se u njemu više ne stvaraju oblaci. Upravo ondje, visoko iznad oluje, ponekad na trenutak zasvijetli nešto što s munjom ima malo zajedničkog na prvi pogled.

Priče koje nitko nije snimio

Već je škotski fizičar Charles Thomson Rees Wilson, dobitnik Nobelove nagrade za izum maglene komore, 1925. pretpostavio da bi snažne munje mogle izazvati električni proboj visoko iznad oblaka, gdje je zrak rijedak. Zapisi o neobičnim svjetlima iznad oluja sežu u 19. stoljeće. Piloti koji su noću letjeli iznad oluja kasnije su opisivali kratke crvene bljeskove usmjerene prema gore, ali bez snimke su takvi opisi ostajali na razini priče. Mnogi meteorolozi smatrali su ih posljedicom zasljepljenja od obične munje.

Slučajna snimka

U noći 6. srpnja 1989. fizičari sa Sveučilišta u Minnesoti, Robert Franz, Robert Nemzek i John Winckler, ispitivali su osjetljivu televizijsku kameru za slabo svjetlo. Kad su pregledali snimku, pronašli su golem svjetleći izboj koji se iz vrha udaljenog olujnog sustava pružao uvis. Rad o tome objavili su 1990. u časopisu Science i tako pokazali da se iznad oluja doista događa nešto što dotad nitko nije zabilježio instrumentom.

Nakon toga su ih počeli tražiti namjerno. Godine 1994. zrakoplovi s osjetljivim kamerama u boji letjeli su iznad oluja na američkom Srednjem zapadu u pokusu Sprites94 i pokazali da su bljeskovi crveni, s plavkastim nitima pri dnu. Nazvani su sprites, prema engleskoj riječi za vilenjaka ili duha zraka. To se ime ustalilo već u naslovu izvješća o pokusu, koje je 1995. objavio fizičar Davis Sentman sa suradnicima.

Kako nastaje crveni bljesak

Obična munja izjednačuje naboj između oblaka i tla. Većina munja odnosi u tlo negativan naboj, ali neke, rjeđe i obično snažnije, odnose pozitivan. Kad takva munja isprazni velik pozitivan naboj iz oblaka, na vrhu oluje na trenutak ostaje višak negativnog naboja. Iznad oblaka tada nastaje jako električno polje. U rijetkom zraku mezosfere slobodni elektroni lakše se ubrzaju i sudaraju s molekulama, pa se zrak na trenutak ionizira i zasvijetli, slično plinu u fluorescentnoj cijevi. Crvenu boju daje dušik.

Sprite munje imaju više oblika. Neke su uski stupovi, neke nalik mrkvi s nitima koje se spuštaju prema dolje, a velike nalikuju meduzi s klobukom na oko 80 kilometara visine. Ponekad im prethodi slab svjetleći disk, takozvani halo.

Obitelj prolaznih svjetala

Ubrzo su pronađene i druge pojave. Plavi mlazovi su stošci plave svjetlosti koji se iz vrha oblaka dižu prema stratosferi. Elves su prstenovi crvenkaste svjetlosti široki stotinama kilometara, koji se nakon snažne munje na trenutak rašire na donjem rubu ionosfere. Godine 2001. kamera opservatorija Arecibo u Portoriku snimila je mlaz koji se iz oblaka popeo sve do visine od oko 70 kilometara. Tajvanski istraživači su 2003. u časopisu Nature opisali pet golemih mlazova koji su spojili oluju s ionosferom.

Sve te pojave zajedno se nazivaju prolaznim svjetlosnim događajima. Europska svemirska agencija od 2018. ih prati instrumentom ASIM postavljenim na Međunarodnoj svemirskoj postaji, a astronauti ih fotografiraju kroz prozore postaje. Danas ih snimaju i amateri s osjetljivim kamerama, pa se sprite munje redovito bilježe i iznad europskih oluja.

Kronologija

1925.: C. T. R. Wilson pretpostavlja da munje mogu izazvati električni proboj visoko iznad oblaka.
6. srpnja 1989.: Tim Sveučilišta u Minnesoti prvi put snima sprite munju.
1990.: Franz, Nemzek i Winckler objavljuju snimku u časopisu *Science*.
1994.: Zrakoplovni pokus Sprites94 snima sprite munje u boji.
2001.: Kod Arecibe u Portoriku snimljen je mlaz koji iz oblaka seže do ionosfere.
2003.: U časopisu *Nature* opisani su golemi mlazovi iznad Tajvana.
2018.: Na Međunarodnu svemirsku postaju postavljen je instrument ASIM za praćenje pojava iznad oluja.

Ključne osobe

Charles Thomson Rees Wilson: Škotski fizičar koji je 1925. pretpostavio električne izboje iznad oblaka.
John Winckler: Fizičar sa Sveučilišta u Minnesoti čiji je tim 1989. prvi snimio sprite munju.
Robert Franz: Prvi autor rada iz 1990. o prvoj snimci.
Davis Sentman: Fizičar sa Sveučilišta Aljaske, prvi autor izvješća o zrakoplovnom pokusu Sprites94.
Victor Pasko: Fizičar koji je 2002. opisao mlaz koji spaja oblak s ionosferom.

Što se zna

Sprite munje nastaju na visini od oko 50 do 90 kilometara iznad velikih oluja i traju nekoliko tisućinki sekunde.
Prvi su put snimljene 6. srpnja 1989. kamerom za slabo svjetlo Sveučilišta u Minnesoti.
Najčešće ih izaziva snažna munja koja u tlo odnosi pozitivan naboj.
Crvena boja potječe od pobuđenih molekula dušika.
Uz sprite munje postoje i plavi mlazovi, elves i golemi mlazovi koji dosežu ionosferu.

Otvorena pitanja

Zašto neke snažne munje stvaraju sprite munje, a druge, jednako snažne, ne?
Što u rijetkom zraku mezosfere pokreće prvu iskru: nepravilnosti u ionosferi, prašina meteora ili nešto treće?
Utječu li prolazni svjetlosni događaji na kemiju i električno stanje gornje atmosfere?

Teorije

Dovoljno je jako električno polje nakon pozitivne munje, a razlike ovise samo o snazi munje
Potrebne su i nepravilnosti u gornjoj atmosferi, primjerice tragovi meteora ili valovi u ionosferi
Sprite munja nastaje tek kad se snažna munja poklopi s pogodnim stanjem mezosfere