Rekordní bouře 6. srpna 2013 a vzácný nadoblačný blesk Troll Jets

Tato noc se ukázala jako rekordní, alespoň v rámci středoevropského regionu. Ze dvou MCC bouří procházejících Rakouskem, Německem, Českem a Polskem, v časovém rozpětí 21:37 - 04:01 SELČ, zaznamenaly vysoko citlivé kamery celkem 132 TLE včetně velmi vzácného Troll jets. Troll je zkratka pro Transient Red Optical Luminous Lineament. Tento druh TLE tak trochu svým tvarem připomíná Blue jets, ale jeho barva má červený odstín a úkaz má menší jasnost. Trolové se vyskytují zejména po intenzivně se pohybující linearní skupině Red sprites. Pro Trola je typická velmi světlá hlava. Klesá dolů rychlostí až 150 km/s kde směrem k bouřkovému oblaku zanechává slabou stopu ve tvaru jehly. Ta obvykle končí ve výšce kolem 30 km nad zemským povrchem. Je ale stále nejisté, zda se jedná o prodloužení tendrils, a ty se ve skutečnosti stahují nad vrcholky mraků, nebo se případně Trol vynoří z bouřkového oblaku jako reakce na Red sprites.

Video všech Red sprites, Sprites hal a Troll jets během noci 6./7. 8. 2013

Další druh TLE, které hlavně tvořila jižní a aktivnější MCC bouře, bylo tzv. Sprites halo. Tyto úkazy mají tvar disku nebo Elfům podobných kruhů, ale leží v nižší nadmořské výšce (cca 85 km) a jsou menší. Jejich průměr se pohybuje do šířky maximálně kolem 150 km, přičemž mají i pohyb směrem nahoru do výšky 100 km, kde je hranice ionosféry. Průměrná životnost se pohybuje kolem 1/100 - 1/300 sekundy a jsou v drtivé většině následovány Skřítky, kteří zřejmě vznikají z disku samotného Sprites hala. Je možné, že se jedná o počáteční fázi při tvorbě Skřítků. Ta však většinou není viditelná z důvodu velmi malé jasnosti tohoto druhu TLE.

V drtivé většině se v této noci vyskytovaly nad bouřemi nadoblačné blesky typu Red sprites. Neobvykle vysoký počet byl ve tvaru jellefish (medůza). Tento tvar má typické výrazné vlásečnice, tzv. tendrils. U některých tendrils bylo vidět zřetelné zakřivení. Tuto zvláštnost způsobují převládající směry siločar v elektrickém poli. Ve výškách 80 - 60 km je tento směr prakticky vertikální. Jak se blíží níž k základně bouřkového oblaku, jsou vlásečnice ohýbány směrem ke středu zdrojového výboje, což je zvláště viditelné u vzdálenějších Skřítků od středu zdrojového blesku. V rekordních případech to může být i více jak 50 km od samotného zdroje. Časové zpoždění po zdrojovém blesku je obvykle několik milisekund, ale ve vzácných případech může být až 100 ms.

Jedna z kamer pozorovala na větší zoom s objektivem Auto Revuenon 55/1,4. To umožnilo snížit plochu pozorované oblohy z 45x40° na 7x5° a tímto se zvýšil dosah a rozlišení samotných Skřítků. Na snímcích je jasně vidět, že Skřítci jsou vlastně shluky menších ionizovaných emisí. Pomocí vysokorychlostních kamer bylo pozorováno, že tyto ionizované shluky vznikají v nadmořské výšce kolem 80 km. Padají dolů rychlostí až deseti procent rychlosti světla a o několik milisekund později jsou následované nahoru se pohybujícími korálky ionizace, tzv. Spots (na snímcích jsou nejlépe vidět jako jasné body pod tělem Red sprites).

Velmi zajímavé výsledky přinesla analýza jedné skupiny tančících Red sprites z jižní bouře. Janusz Mlynarczyk s týmem spolupracovníků z dvou univerzit v Krakowě spojili moje optická pozorování s pozorováním v radiové oblasti v rozsahu extrémně nízkých frekvencí (ELF). Tato pozorování jsou ze stanice Hylaty v JV Polsku. Změny elektrického proudu souvisejícího s Red sprites jsou relativně pomalé, proto jimi vyvolané elektromagnetické projevy mohou být pozorovány pouze v rozsahu extrémně nízkých frekvencí. Výhodou je, že útlum signálu v ELF pásmu je tak malý, že elektromagnetické odezvy Skřítků mohou být zaznamenány i ve vzdálenosti několik tisíc kilometrů od zdroje. Zaznamenaný signál může být následně použit k rekonstrukci průběhu proudových momentů, ale i změn nábojových momentů a výbojů spojených s Red spritem.

6. srpna 2013 se nad střední Evropou vytvořil rozsáhlý bouřkový systém, tzv. MCC. Během noci bylo v souvislosti s tímto bouřkovým systémem registrováno přes sto skupin Red sprites a další druhy TLE. Naskytla se tak jedinečná příležitost analyzovat jejich ELF odezvy z relativně malé vzdálenosti. Bouřkový systém se totiž nacházel jen několik set kilometrů od měřící stanice Hylaty, a to umožnilo získat vysoce kvalitní data o průběhu událostí. Představujeme jeden z nejzajímavějších případů v posloupnosti čtyř skupin Red sprites, k nimž došlo v časovém rozpětí 520 ms (6. 8. 2013 v čase 21:27 UT). Red sprites měly různé ELF podpisy a optické tvary. Počáteční analýza dat ukazuje, že Red sprites, které jsme zaznamenali, měly širokou škálu nabíjecích okamžiků. V některých případech byly vyvolány velmi silným Cg+ výbojem, v některých jiných případech byl Cg+ blesk mnohem slabší nebo nebyl detekován žádný Cg+ blesk v sítí VLF/LF. Některé ze zaznamenaných Cg+ výbojů byly tak silné, že přeletěly kolem celé planety a signál se na křivku po nějakém čase vrátil!

Aktuální proud v kiloAmperech je vynásobený deseti (délka zdrojového Cg+ v kilometrech) na časové ose v mikrosekundách spojených čtyř výbojů Red sprites. Skřítci 1 a 2 byly vyvolány zdrojovým bleskem Cg+ ty byly vytvořené přeneseným nábojem mezi 500 až 700 C (Coulomb). Žádný zdrojový Cg+ nebyl zjištěn před nebo během třetího Red sprites a v analýze vynechané nejslabší emise. Detekce Cg+ v síti LINET VLF byla umístěna téměř 700 km od zdroje a je jasně vidět u vlny čvrtého Red sprites, že byla spuštěna neobvykle silným CG+ (proud 70 kA a náboj 520 C). Tento Cg+ generoval silnou elektromagnetickou vlnu, která přeletěla celou Zemi a vlna byla jasně znovu vidět v signálu o 157 ms později (na křivce označen jako around the globe wave generated by +Cg 4). Toto zpoždění dokonale souhlasí s naším šířením v modelu.

CMC [C.km] znamená změnu převodu napětí v coulombech na kilometry (opět je zde hodnota C vynásobená 10 km délkou zdrojového blesku), a to je pravděpodobně nejdůležitějším parametrem pro výzkumné pracovníky zkoumající Red sprites. Tento parametr může měřit pouze z ELF dat. To ukazuje, jak moc velké napětí bylo převedeno z bouřkového oblaku. To je definováno jako náboj s výškou nad zemí, ze které byl náboj převeden. Náboj změny momentu čtyř Red sprites spojený do převodu napětí z každého ze čtyř Red sprites měl rozdílné hodnoty. Maximální hodnota se pohybovaly mezi 2300 a 8900 C.km a to v různých časovým rozpětí.

Intenzita magnetického pole zaznamenané na ELF stanici Hylaty dne 06.08.2013 v 21:27 UT. B [pt] znamená intenzitu magnetického pole. Elektromagnetické vlny jsou zaznamenány v jednotce picotesla (10^-12 Tesla).

Celý text ve formátu PDF, který byl zveřejněn na AGU Fall Meeting 2013 v San Francisku ve dnech 8. - 14. 12. 2013 najdete zde:
==> ELF Electromagnetic Signatures of Sprites Observed at Short Distances <==

Tvar a průběh děje samotné skupiny Red sprites určuje ve velké míře zdrojový blesk a zřejmě i nezanedbatelným faktorem budou místní podmínky v ionosféře a mezosféře. Zatímco vliv místních podmínek ve vyšších výškách atmosféry je prakticky nezjistitelný, vliv samotného zdrojového blesku je na tom o něco lépe. Přesto je i v tomto mnoho nejasností a debat.

• 

  Stojící skupiny Red sprites
  Základní, jednoduchý a asi nejběžnější typ skupin TLE bez pohybu nebo přeskupení jednotlivých emisí.
• Tančící (Dancing)
  Postupně se objevující Red sprites bez výrazného pohybu v linearním směru. Může být vyvolán zřejmě sekvencí více výbojů ze zdrojového blesku, ale je zde také možnost, že vše způsobí jeden velký CG+ blesk, který čerpá náboj z dalších a dalších částí bouřkového oblaku.
• Linearní
  Tato skupina vypadá, jako by cestovala mezosférou nad MCS. Pravda je, že vzniká podobně postupně jako tančící Red sprites. Lineární uspořádání emisí skřítků pravděpodobně sleduje kanál mateřského blesku v bouřkovém oblaku.
• Kruhový (Cirkulár)
  Kruhová formace skřítků kopíruje symetrii elektrického pole vysoko nad bouřkovým oblakem. Zdroj elektrického pole může být považován za bod ve středu bouřkového oblaku. Můžeme si to představit jako chod elektrických siločár na kruhové kleci pro kanárka obrácenou vzhůru spodem tak, že původní horní část klece je u bodu zdroje v bouřkovém oblaku. Red sprites pak vnikají po vodičích elektrického pole v obvodu domnělé klece. Nicméně důvod, proč se tak děje, není moc znám. Tyto kruhové tvary jsou poměrně vzácné.

• 

  Pulzující
  Pulsující skupina (sprites Re-brightening) není přímo tvar skupiny Red sprites, ale vzhledem k tomu, že veškeré typy skupin jsou předobrazem zdrojového blesku, je přidělení ke skupinám Skřítků velmi vhodné. Znova zjasňující skřítci jsou vzácní a jde o stejné úkazy, v nichž zesláblý, ale optický vodivý kanál stále existuje. Když další blesk znovu vytvoří elektrické pole v stejném regionu, elektrický proud začne ve Skřítcích znovu protékat a ty začnou opět vydávat světlo. Skupina těchto Red sprites tak připomíná stroboskop.

Další snímky Red sprites z jižní MCC

Data z Eumetsat, Estofex, UfoAnalyzer, radarová a bleskové data během noci 6./7. 8. 2013

Související a doporučujeme:
[1] Záblesk Elfa nad Jaderským mořem: Úvod (Martin Popek)
[2] Pozorování nadoblačných blesků v roce 2012: Úvod (Martin Popek)
[3] Bouřlivý počátek července v mezosféře (Martin Popek)
[4] Pozorování vzácných nadoblačných blesků (1/2): Úvod (Martin Popek)
[5] Pozorování vzácných nadoblačných blesků (2/2): Česká pozorování (Martin Popek)
[6] Přechodné světelné jevy související s bouřkovou aktivitou (PDF; Martin Popek, Jan Bednář)
[7] Snímky TLE jevů z této noci od P. Štarhy a M. Druckmüllera