地球上の嵐では、ほとんどの人が見慣れた雷鳴や稲光だけを目撃しますが、色鮮やかな電気花火ははるかに高く、頭上55マイルまでの薄い空気の中で爆発し、ISSから簡単に見ることができます。
これらの短い光景 – 青いジェット、赤いスプライト、紫のハロー、紫外線リング – は総称して一時発光イベント (TLE) として知られています。
何十年もの間、それらは体系的な研究を逃れ、パイロットの逸話や時折の幸運な写真にのみ登場しました。
国際宇宙ステーション (ISS) は、嵐の上に遮るもののない座席を提供し、特殊なカメラとセンサーが一瞬の火花をすべて捉えることで、この状況を変えました。
研究者たちは、この隠れ層で何が起こっているのかが無線通信に異音を与え、航空機の安全性に影響を与え、さらには上層大気の化学的性質を微調整する可能性があることを少しずつ発見しています。
ISSにボルトで固定されたストーム研究所
この空観察ミッションの目玉は、 大気空間相互作用モニター。 ASIM、によって構築されました 欧州宇宙機関、2018年以来、外部のISSプラットフォームに固執しています。
その役割は、地球を監視し、爪よりも小さく、心臓の鼓動よりも短い閃光を記録することです。
このモニターの高速カメラと光度計は、すでに科学者の期待を超える成果を上げています。
データによると、雷雲の頂上で発生する稲妻のような放電は、電磁エネルギーを電離層に送り込み、ELVES と呼ばれる巨大な紫外線の輪を点火する可能性があることを示しています。
これらのリングは電離層の電荷を数百マイルにわたって増加させ、長距離の無線信号を妨害する可能性があります。
ASIM は超短時間のコロナ放電もカタログ化しています。バーストが非常に短いため、地上の機器では見逃してしまうことがよくあります。
研究者たちは、これらのコロナのタイミングを計り、分析することで、雲の上層領域がどのようにして本格的な雷のポンプを作動させるのかを理解し始めています。
奇妙な「レッドスプライト」現象
「レッドスプライト」として知られる謎の現象が中間圏でランダムに発生し、わずか10ミリ秒の間、逆さまのクラゲのようにぶら下がっています。青いジェットが雲の上から成層圏に向かって、不気味で静かな緊迫感を持って飛び立ちます。
どちらのイベントも非常に高速かつ高度に発生するため、詳細を捉えることはほぼ不可能でした。しかし、ASIM は軌道上からそれらを発見できます。
ある研究では、その映像と地上計器を使用して、単一の青いジェット機の高度を正確に特定しました。これにより、これらの上向きのボルトが実際に私たちが知っている気象層を超えてパンチすることが確認されました。
これらの測定値は嵐の充電モデルに直接入力され、危険な電界が潜む可能性のある場所について航空ガイドラインに情報を提供します。
このような赤いスプライトは、TLE または一時発光イベントと呼ばれます。それらは雲の上で起こり、下の雷雨の激しい電気活動によって引き起こされます。宇宙飛行士は雲の上から素晴らしい景色を眺めることができるため、科学者はこの種の写真を使用して、TLE の形成、特性、および雷雨との関係をより深く理解できます。画像をクリックすると拡大します。クレジット: NASA/ニコル・エアーズ
ISSの乗組員が軌道上から嵐を撮影
ISS のキューポラ (宇宙飛行士の自撮り写真によく登場する 7 つの窓がある観察ドーム) は、科学ツールキットの一部になりました。
ESAを通じて ソー・デイビス この実験では、ISS 乗組員がガラスの後ろに最先端のカメラを取り付け、毎秒最大 10 万フレームで遠くの嵐を撮影します。
結果として得られるスローモーション映画は、教科書では予測できなかった方法で電気フィラメントが増殖していることを明らかにします。
ソー・デイビスは、雷の一瞬の分岐を鮮明に詳細に捉えることで、科学者が実験室のプラズマ検査を現実世界の出来事と照らし合わせて検証できるよう支援します。
より現実的には、この映像によって、激しい雷が送電線を脅かしたときに送電網の運用者に警告するアルゴリズムが改善される日が来るかもしれない。
目に見えない稲妻パルスをキャッチ
ライトニングの隠されたドラマは目に見える色に限定されません。一部の攻撃は地上ガンマ線フラッシュを引き起こします。これは、胸部X線に相当する短時間のサージで旅客機を沈めるのに十分なエネルギーの放射線パルスです。
これらの目に見えない危険をマッピングするには、 宇宙航空研究開発機構 大学パートナーと協力してリリースしました ライト-1 ISSから。
パン一斤ほどの大きさではありませんが、CubeSat は高エネルギー光子に合わせて微調整された検出器を搭載しています。
Light-1 の記録が赤道付近の暴風雨システム上で点滅する中、研究者らはそのタイムスタンプを地上の全球雷ネットワークと照合することを計画しています。
これは、時間の経過とともに、ガンマ線フラッシュが最も頻繁に発射される場所の 3 次元アトラスを構築するのに役立ちます。
この写真では、赤いスプライトを伴う「巨大なジェット」TLE 嵐がテキサスとメキシコの国境近くに浮かんでいるように見えます。北東にはダラス、オースティン、サンアントニオ、ヒューストン、南西にはメキシコのトレオンの輝きが見えます。画像をクリックすると拡大します。クレジット: NASA/ニコル・エアーズ
嵐は信号を混乱させる
一見すると、スプライトや ELVES リングは、空高く昇るオーロラのいとこである、単なる気象学的好奇心にしか見えないかもしれません。
しかし、これらの閃光は、電波を運び、潜水艦に信号を中継するのと同じ帯電層で発生します。これらの層を妨害すると、通信が警告なしにフェードアウトしたり失敗したりする可能性があります。
航空会社にとって、ブルージェットやガンマ線フラッシュがいつどこに現れるかを理解することは、極地または赤道ルートでの安全計画に新たな層を追加します。
科学者は気候にも関心を持っています。 TLE とコロナ放電は、窒素酸化物やその他の化学物質を大気の地層間で移動させ、オゾンの化学的性質と放射バランスを変化させます。
この垂直混合を気候モデルに組み込むことで、将来の温暖化の予測をより正確にすることができます。
雷追跡装置がアップグレードされる
ISS は 10 年間運用される可能性が高いため、ASIM とその後継者は、かつては目に見えなかった嵐の出来事のライブラリを収集し続けるでしょう。
エンジニアは、自動的にトリガーし、より高速に記録し、電波から硬 X 線までのより広いスペクトルをカバーする次世代の検出器を構想しています。
Light-1 のような CubeSat は、ガンマ フラッシュやメガ スプライトが噴火するたびに気象機関や衛星運用者にリアルタイムの警報を送信して、艦隊を増やすことができる可能性があります。
何よりも、宇宙ステーションは、地球の天気を把握するには、時には上空から見下ろす必要があることを示しています。軌道ごとに、ライトニングの隠されたムービー リールにさらにいくつかのフレームが追加されます。
これらのフレームは、嵐が宇宙の端に向かって飛んでくる電気的な驚きの予測に近づき、おそらくは緩和することにもつながります。
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