مرموزترین شکل‌های «رعد و برق» روی سیاره زمین

فرادید: جوّ مانند یک مدار الکتریکی بزرگ است: طوفان‌های تندری مانند باتری‌هایی هستند که آن را شارژ می‌کنند و رعد و برق جریانی الکتریکی است که در آن جاری می‌شود. ما روی زمین نشانه‌های این مدار را زمانی می‌بینیم که رعد و برق می‌ترکد و صاعقه به زمین برخورد می‌کند یا وقتی که در عمق یک ابر رعد و برق روشن می‌شود، اما در ارتفاع‌های بالاتر از ابرها، یک باغ‌وحش الکتریکی پنهان پر از ارواح و جِت‌ها است. 

این صفات و اسم‌های عجیب و غریب در واقع به نمایش‌های نوری اشاره دارند که به آن‌ها «رویدادهای درخشان گذرا» یا TLE گفته می‌شود و در جوّ بالایی زمین در جریان طوفان‌های رعد و برق رخ می‌دهند. TLEها پدیده‌هایی مرموز، زیبا و خاص و متفاوت از صاعقه‌های معمولی هستند، اما در یک لحظه دراماتیک، هواشناسی، فضا و برق را به هم پیوند می‌دهند. آن‌ها در ارتفاع بالای ابرها و کم و بیش بی‌صدا رخ می‌دهند و برای بیشتر مردم نامرئی هستند، اما بازتاب فرآیندهای قدرتمندی هستند که در عمق طوفان‌های رعد و برق در حال شکل‌گیری هستند. 

نخستین مشاهدات عکاسی از این پدیده‌ها سال ۱۹۸۹ انجام شد. در آن تصاویر، درخشش‌های قرمزی دیده شد که در چشم بهم‌زدنی در آسمان ردی از خود به‌جای گذاشتند. این نمایش‌ها «رعدهای قرمز» (red sprites) نام‌گذاری شدند، با الهام از شخصیت‌هایی در نمایشنامه «رؤیای نیمه‌شب تابستان» شکسپیر و پس از آن نام‌های افسانه‌ای دیگری هم به این مجموعه اضافه شد، چون پژوهشگران انواع جدیدی از TLEها را کشف کردند. امروزه دانشمندان هنوز در تلاشند تا این پدیده‌ها را بهتر بفهمند، اینکه چه چیزی آن‌ها را ایجاد می‌کند، چند وقت یکبار رخ می‌دهند و چه داده‌هایی درباره جوّ زمین به ما می‌دهند. 

رعدهای قرمز مانند این‌هایی که در دسامبر ۲۰۲۴ در می‌سی‌سی‌پی ثبت شده‌اند، تا کنون رایج‌ترین نوع TLE هستند که هم پژوهشگران و هم عکاسان آن را مشاهده کرده‌اند

یک عکاس این تصویر از رعد و برق قرمز را در ژوئن ۲۰۲۳ در کانزاس ثبت کرده است. برخی این درخشش‌ها را شبیه هویج یا عروس دریایی توصیف کرده‌اند

رعدهای قرمز به‌راستی چه هستند؟ 

برخی عکاسان درست مانند فیلم شکار طوفان‌ها، به دنبال شکار رعدهای قرمز هم رفته‌اند؛ آن‌ها در جستجوی رعدهای قرمز نادر و سایر رویدادهای درخشان گذرا (TLE) در بالای طوفان‌های شبانه هستند. 

رعدهای قرمز در سواحل اروپا و دشت‌های بزرگ ایالات متحده مشاهده شده‌اند، اما سال ۲۰۲۲، دو عکاس نجومی به نام‌های «آنجل آن» و «شوچانگ دانگ» توانستند ۱۰۵ رعد قرمز را در طوفانی در جنوب آسیا ثبت کنند که بزرگ‌ترین شمار ثبت‌شده در یک طوفان به شمار می‌رود. 

هوآنگ، نویسنده اصلی این مقاله، می‌گوید: «رعدهای قرمز شناخته‌شده‌ترین نوع TLEها هستند.» این پدیده‌ها تنها برای کسری از ثانیه در قالب خطوط قرمز باریک و شاخه‌مانند ظاهر می‌شوند. این پدیده به‌دلیل صاعقه‌های مثبتی ایجاد می‌شود که به زمین برخورد می‌کنند و میدانی الکتریکی ایجاد می‌کنند که تا ارتفاع حدود ۵۰ تا ۹۰ کیلومتری بالای زمین می‌رسد. 

در فلات تبت در شمال هیمالیا، طوفان‌های رعد و برق بسیار رایجند. تغییرات شدید ارتفاع موجب ایجاد جابجایی‌های عمودی قوی در جوّ می‌شود و چرخش هوای مرطوب ابرها را شکل می‌دهد که یک منطقه آزمایشگاهی غنی برای مطالعه TLEهاست. با این حال، هیچ ثبت تصویری از TLEها در این منطقه پیش از تصاویر ثبت‌شده طوفان توسط «آنجل آن» و «شوچانگ دانگ» در سال ۲۰۲۲ وجود نداشت. 

هوآنگ و همکارش گائوپنگ لو، فیزیکدان جوّی دانشگاه علوم و فناوری چین، روشی را برای همزمان‌سازی ویدیوها و عکس‌های آنجل آن و شوچانگ دونگ روی فلات تبت توسعه دادند. با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای و نقشه‌های ستارگان در آسمان شب برای تعیین زمان دقیق هر فریم ویدیو، آن‌ها توانستند حدود ۷۰ درصد از رعدهای قرمز تاییدشده را به صاعقه‌ای که آن‌ها را ایجاد کرده بود، ربط دهند. 

هوانگ می‌گوید: «نتایج گواه ارزش علمی مشاهدات آماتوری است. بسیار هیجان‌انگیز است که این حوزه علمی، دانشمندان حرفه‌ای و علاقه‌مندان مشتاق را کنار هم قرار می‌دهد تا چیزی بسیار گذرا اما عمیق را درک کنند.» 

نه تنها عکاسان شمار قابل‌توجهی رعدهای قرمز ثبت کردند، بلکه طوفان هیمالیا شاملTLE ‌های حتی نادرتر به نام «جت‌ها یا فوران‌ها» و «شبح‌ها» نیز میشد. تیم پژوهشی ۱۶ فوران ثانویه (ستون‌های قدرتمند نور آبی یا بنفش که به سرعت به سوی آسمان حرکت می‌کنند) و دست‌کم چهار شبح (درخشش‌های سبز رنگ و مه‌آلود که گاهی بالای رعدهای قرمز شناور می‌شوند) را هم شناسایی کردند. 

هوآنگ می‌گوید: «در حالی که رعدهای قرمز و دیگر رویدادهای درخشان گذرا ممکن است در جوّ بالایی ظریف و ساکت به نظر برسند، اما بیشتر با سامانه‌های هوایی قدرتمند و گاهی مخرب ارتباط دارند. درک آن‌ها نه تنها کنجکاوی ما درباره جوّ بالایی را برآورده می‌کند، بلکه کمک می‌کند بیشتر درباره طوفان‌هایی که در زمین با آن‌ها مواجهیم بیاموزیم.» 

پایگاه رویدادهای درخشان گذرا

انواع مختلف TLEها بر اساس ارتفاع، نوع صاعقه و مواد شیمیایی موجود در آن بخش از جوّ متفاوت هستند، اما دلیل دقیق هر نوع TLE هنوز با اطمینان تایید نشده است. از سال ۲۰۲۲، پروژه «اسپریتاکولار» ناسا تلاش کرده این تنوع را ثبت کند و همچنین به داده‌های آماتورها (صدها شهروند دانشمند) نیز تکیه دارد. 

بورجو کوزار، فیزیکدان جوّی در مرکز فضایی گادارد ناسا و رهبر این پروژه، می‌گوید: «من تصاویر فوق‌العاده‌ای را می‌دیدم که مردم در سراسر جهان ثبت کرده بودند و گهگاه در اینترنت به اشتراک گذاشته می‌شد، اما جامعه علمی اغلب از این تصاویر بی‌خبر بود. پروژه اسپریتاکولار برای پر کردن این فاصله به وجود آمد، با ایجاد نخستین پایگاه داده جمع‌سپاری‌شده از رعدهای قرمز و سایر رویدادهای درخشان گذرا که مردم را به جامعه علمی متصل می‌کند.» 

در ایالات متحده، رویدادهای درخشان گذرا بالای طوفان‌های رعد و برق در دشت‌های بزرگ و منطقه میانه غرب مشاهده شده‌اند. این تصاویر در تاریخ ۱۹ ژوئن ۲۰۲۰ در کانزاس ثبت شده‌اند

پروژه اسپریتاکولار داوطلبان را فرامی‌خواند تا تصاویر ثبت‌شده از رویدادهای درخشان گذرا (TLE) را از سراسر جهان ارسال کنند و تاکنون بیش از ۷۰۰ تصویر از نزدیک به ۹۰۰ کاربر در ۲۰ کشور مختلف گردآوری شده است. شرکت‌کنندگان همچنین می‌توانند به بررسی دقیق پایگاه داده کمک کنند و رعدهای قرمز را در تصاویر کاربران یا تصاویری که از ایستگاه فضایی بین‌المللی گردآوری شده‌اند، شناسایی کنند. 

هدف این پروژه گردآوری مجموعه‌ی گسترده‌ای از داده‌های ضبط‌شده TLE است، زیرا بیشتر مشاهدات پیشین تنها موارد منفرد بوده‌اند. اگر آن‌ها بتوانند شمار کافی از مشاهدات را گردآوری کنند، کوشار و تیمش قادر خواهند بود الگوها و روندهای موجود در داده‌ها را شناسایی کنند و همچنین پدیده‌های نادرتر TLE مانند «شبح‌ها» و «جِت‌ها» را مطالعه کنند. 

درک رویدادهای درخشان گذرا (TLE) روی زمین می‌تواند پژوهش‌های ما درباره سایر سیارات را هم پشتیبانی کند. داده‌های مأموریت جونو ناسا نشان می‌دهد رعدهای قرمز و حلقه‌های نوری مرموزی به نام «اِلف‌ها» نیز در جوّ مشتری رخ می‌دهند. 

از آنجا که TLEها ماهیتی بسیار گذرا دارند، کوشار و همکارش یوزف بور، معتقدند قدرت پروژه‌شان در «اسپریتاکولار» در جمع مردم نهفته است. بور می‌گوید: «فکر می‌کنم قدرت جامعه است که موجب می‌شود اسپریتاکولار برای کارهای علمی مرتبط با TLE بسیار قوی عمل کند.» 

چگونه تغییرات اقلیمی می‌تواند بر TLEها اثر بگذارد

تلاش جمعی که تحقیقات TLE را پیش می‌برد می‌تواند به پاسخ یکی از مهم‌ترین پرسش‌ها پیرامون رعدهای قرمز و سایر TLEها کمک کند، اینکه چگونه تغییرات اقلیمی ممکن است بر وقوع آن‌ها اثر بگذارد. 

کوشار می‌گوید: «افزایش دمای جهانی به دلیل تغییرات اقلیمی بر شدت و فراوانی طوفان‌های رعد و برق اثر خواهد گذاشت و این منجر به فعالیت شدیدتر صاعقه می‌شود که همه این‌ها پیش‌زمینه‌هایی برای فعالیت TLE هستند. جزئیات هنوز موضوعی در حالِ پژوهش است، اما مطالعه TLEها می‌تواند برای ردیابی چگونگی تغییر جوّ ما اهمیت بیشتری پیدا کند.» 

گام بعدی تیم چینی، همکاری با دانشمندان اقلیم و فضاست تا بهتر بفهمند تغییر الگوهای طوفان چگونه ممکن است بر فعالیت پدیده‌های نوری گذرا (TLE) در سراسر جهان اثر بگذارد. برای هوآنگ، این حوزه هیجان‌انگیز است: «احساس می‌کنم در حال کاوش یک مرز جوّی هستم. هر مشاهده مانند ثبت یک سیگنال نادر و گذرا از لبه فضا است، از دید بصری خیره‌کننده و از دید فیزیکی معنادار.»