Jason Ahrns, seorang mahasiswa pascasarjana di University of Alaska-Fairbanks, dan ilmuwan lain dari Akademi Angkatan Udara AS dan Fort Lewis College — semua bagian dari proyek yang disponsori oleh National Science Foundation — telah menjalankan misi. Musim panas ini, kelompok ini telah terbang ke langit di pesawat riset Gulfstream V dari Pusat Penelitian Atmosfer Nasional, mencatat total 30 jam melalui beberapa penerbangan, untuk mencari sprite.
Sprite, juga dikenal sebagai red lightning, adalah pelepasan listrik yang muncul sebagai semburan cahaya merah di atas awan selama badai petir. Karena fenomena cuaca begitu cepat (sprite flash hanya milidetik) dan sebagian besar tidak terlihat dari tanah, mereka sulit untuk diamati dan bahkan lebih sulit untuk difoto, lebih seperti roh udara nakal dari dunia fantasi yang mereka namai. Ahrns dan rekan-rekannya, bagaimanapun, telah menangkap foto-foto yang sangat langka dari lampu merah, menggunakan kamera DSLR dan kamera video kecepatan tinggi yang diposisikan di jendela pesawat. Para peneliti berharap untuk belajar lebih banyak tentang proses fisik dan kimia yang menimbulkan sprite dan bentuk lain dari petir atmosfer bagian atas.
Bagaimana rasanya menangkap gambar dari beberapa fitur alam yang berumur pendek dan tidak menentu? Saya mempertanyakan Ahrns melalui email, dan dia menjelaskan apa itu sprite, mengapa itu terjadi, bagaimana para ilmuwan menemukan mereka dan mengapa dia begitu tertarik dengan fenomena yang sulit dipahami ini.
Pertama-tama, apa itu sprite?
Sprite adalah sejenis pelepasan listrik atmosfer bagian atas yang terkait dengan badai petir. Medan listrik besar, yang dihasilkan oleh beberapa sambaran petir, mengionisasi udara tinggi di atas awan, yang kemudian memancarkan cahaya yang kita lihat dalam gambar. Mereka jelas meminta perbandingan dengan baut petir biasa yang kami lihat sepanjang waktu, tetapi saya ingin menunjukkan bahwa sprite jauh lebih tinggi, dengan puncak mencapai sekitar 100 kilometer, dan lebih tinggi. Baut petir mungkin membentang sekitar 10 kilometer dari awan ke tanah, tetapi sprite dapat mencapai ketinggian 50 kilometer.
Sprite “ubur-ubur” ditangkap di Republik County, Kansas, pada 3 Agustus 2013. Gambar milik Jason Ahrns via Flickr.
Dalam kondisi apa mereka muncul?
Mereka terkait dengan sambaran petir positif, yaitu ketika awan memiliki penumpukan muatan positif dan melepaskan sambaran petir. Sapuan negatif, dari penumpukan muatan negatif, sekitar 10 kali lebih umum, sehingga sprite tidak sangat terkait dengan jenis petir yang paling umum, tetapi juga tidak terlalu lazim. Lebih dari sekadar stroke positif, semakin banyak muatan yang dipindahkan selama stroke, semakin baik peluang terjadinya sprite. Jadi kami mencari perubahan muatan-momen positif yang besar, yang pada dasarnya adalah pukulan positif yang dibebani oleh berapa banyak muatan yang dipindahkan. Sebagian besar badai besar tampaknya menghasilkan kondisi yang mengarah pada sprite, tetapi beberapa lebih dari yang lain. Kami hanya mencari badai dengan sejarah banyak perubahan positif saat-momen-besar dan lihatlah.
Apa latar belakang ilmiah Anda? Dan bagaimana Anda tertarik pada sprite?
Saya terutama peneliti aurora, itulah yang saya lakukan tesis saya di UAF. Saya terlibat dalam sprite karena salah satu anggota komite pascasarjana saya mengorganisir kampanye ini dan membutuhkan bantuan tambahan. Saya pikir sprite menarik, dan penasihat saya mendukung saya bercabang sedikit, jadi saya melompat ke atas tim.
Sprite di Red Willow County, Nebraska, pada 12 Agustus 2013. Gambar milik Jason Ahrns via Flickr.
Dari apa yang saya mengerti, tidak banyak yang diketahui tentang lampu merah, yang ditemukan sekitar 25 tahun yang lalu. Dengan proyek NSF, apa yang Anda dan para ilmuwan lain harapkan dapat pelajari? Apa pertanyaan terbesar yang Anda miliki?
Dengan kampanye ini kami fokus pada tiga pertanyaan. Pertama, proses fisik dan kimia dasar apa yang terjadi? Masih belum jelas apa yang sebenarnya terjadi dalam sprite, dan mengapa ada berbagai jenis sprite, dan kondisi apa yang memberi Anda sprite kolom vs sprite wortel, misalnya. (Semua nama sprite hanya merujuk pada bentuknya.) Selanjutnya, apakah sprite memiliki dampak skala besar pada atmosfer tengah? Sprite jelas mewakili semacam transfer energi, tetapi apakah itu dalam skala yang memiliki pengaruh signifikan terhadap cuaca dan iklim? Kita tidak bisa menjawabnya tanpa mempelajarinya. Lalu, apa yang bisa kita pelajari tentang fisika streamer dasar? Sulur yang keluar dari dasar sprite adalah 'pita' — bola ionisasi kecil — bergerak. Kecepatan streamer dan masa pakai berkaitan dengan kerapatan udara, jadi mempelajari sprite di atmosfer atas dengan kepadatan sangat rendah seperti melihat pita dengan kaca pembesar dalam gerakan lambat, meskipun mereka masih cukup cepat!
Sudah berapa banyak misi berburu sprite?
Secara pribadi, ini adalah kampanye udara kedua saya. Yang pertama, pada tahun 2011, terbang total 40 jam di udara, dan kampanye ini dilakukan 30 jam lagi. Mungkin sekitar 15 total penerbangan. Awak yang sama, minus saya, melakukan satu kampanye udara lainnya pada tahun 2009.
Ahrns menangkap jet biru ini, yang terlihat seperti api dari korek api butana, di atas Republic County, Kansas, pada 3 Agustus 2013. Tidak seperti sprite, jet biru tidak secara langsung dipicu oleh petir, tetapi tampaknya entah bagaimana terkait dengan keberadaan badai hujan es. Gambar milik Jason Ahrns via Flickr.
Kondisi apa, waktu dalam sehari, wilayah negara dan ketinggian yang ideal untuk penerbangan ini?
Midwest produktif, terutama karena mendapat badai petir kuat yang berlangsung sepanjang malam. Jelas, kita membutuhkannya agar gelap, tetapi selain itu waktu malam sepertinya tidak terlalu penting, hanya seberapa kuat badai itu dan seberapa kuat petir positif yang dihasilkannya. Kami benar-benar memperhatikan bahwa ketika badai berjalan dengan baik, ia menghasilkan sprite kolom dan sprite wortel, tetapi ketika mati, ia tampaknya beralih ke sprite ubur-ubur yang lebih jarang, tetapi lebih besar dan lebih terang. Kita terbang setinggi yang kita bisa, biasanya antara 41.000 dan 45.000 kaki, tapi itu hanya untuk mendapatkan pandangan di atas awan. Kami masih di bawah sprite.
Petir hanya berlangsung beberapa milidetik, jadi saya sangat ingin tahu tentang bagaimana Anda memotretnya. peralatan apa yang Anda gunakan?
Untuk foto-foto, saya hanya mengatur kamera saya (sebuah Nikon D7000 dan lensa cepat) menghadap ke luar jendela dan mengatur sebuah intervalometer sehingga kamera hanya terus-menerus mengambil gambar. Lalu saya pergi nanti dan menghapus semua yang tidak memiliki sprite di dalamnya. Prinsipnya sama dengan fotografi kilat; sepertinya Anda harus mendapatkan pengaturan waktu yang tepat tetapi ini benar-benar hanya statistik, jika Anda mengambil banyak gambar, salah satunya akan mendapatkan sesuatu cepat atau lambat. Saya mungkin mengambil urutan 1.000 gambar untuk setiap sprite yang saya bawa.
Untuk kamera video kecepatan tinggi, kamera memiliki buffer yang terus-menerus berputar melalui banyak frame video sebelumnya, dan ketika saya melihat sprite saya menekan pemicu yang memberitahu kamera untuk berhenti dan menyimpan apa pun yang baru direkam. Ketika kita menjalankan 10.000 frame per detik, buffer terisi sekitar satu detik, jadi berapa lama saya harus mengenali sprite dan menekan tombol. Ini bisa sangat melelahkan pada malam yang lambat ketika Anda harus menonton tidak ada yang terjadi selama 45 menit berturut-turut dan masih siap dengan waktu reaksi kurang dari satu detik.
Bisakah Anda menjelaskan pengaturannya? Bagaimana Anda benar-benar mengambil foto dari jendela pesawat?
Sebuah gambar bernilai ribuan kata, bukan?
Pengaturan Ahrns dekat jendela pesawat. Gambar milik Jason Ahrns via Flickr.
Dan untuk video kecepatan tinggi ...
Pengaturannya untuk mengambil video kecepatan tinggi. Gambar milik Jason Ahrns via Flickr.
Kami memiliki koneksi internet di pesawat sehingga kami dapat melihat kondisi cuaca secara langsung. Kami hanya mengarahkan kamera di atas pada bagian yang paling produktif dari badai dan menunggu sprite.
Seberapa langka foto seperti ini yang telah Anda ambil?
Sejauh yang saya tahu, itu cukup langka. Ada beberapa gambar sprite yang diambil dengan kamera meteor dan webcam di luar sana, tetapi biasanya resolusi rendah karena sangat jauh dan menggunakan lensa sudut lebar. Saya telah melihat dua atau tiga gambar sprite diambil dengan DSLR, tetapi mereka masih dari tanah dan jarak yang cukup jauh, dan biasanya bidikan dari sesuatu yang lain yang beruntung dengan sprite di latar belakang. Saya memiliki keuntungan berada di udara, dekat dengan daerah penghasil sprite, dengan tebakan yang baik tentang di mana sprite akan muncul, jadi saya dapat menggunakan lensa dengan bidang pandang yang lebih sempit untuk menangkap sprite dari dekat.
Adapun gambar yang saya dapatkan dari jet biru, sejauh yang saya tahu mereka sebenarnya gambar jet pertama yang diambil dengan DSLR. Itu masuk akal, karena jet jauh lebih dekat ke puncak awan daripada sprite sehingga jauh lebih sulit untuk dilihat dari tanah. Berada di udara adalah keuntungan utama.
Diambil alih Red Willow County, Nebraska, pada 12 Agustus 2013. Gambar milik Jason Ahrns via Flickr.
Apa yang Anda anggap tentang gambar, jika ada?
Saya pikir ada benar-benar kejam kata lain tentang mereka. Ambil yang ini (di atas), misalnya. Anda memiliki medan bintang yang tenang dan indah ini, dan beberapa cahaya biru yang menenangkan dan menenangkan muncul dari kilat di bawah ini. Lalu BLAM! Sprite aneh, mengancam, benar-benar alien ini hanya mengambil alih seluruh adegan, seperti 'Saya di sini, apa yang akan Anda lakukan?'
Hans Nielsen, penyelidik utama kampanye ini (dan anggota komite saya sebelumnya), mengatakan yang ini (di bawah) mengingatkannya pada lukisan-lukisan klasik Belanda, dengan nada sepia dan sedikit kabur dari kabut atmosfer.
Diambil alih Canadian County, Oklahoma, pada 6 Agustus 2013. Gambar milik Jason Ahrns via Flickr.
Apa yang telah Anda pelajari sejauh ini tentang sprite dengan berpartisipasi dalam proyek ini?
Sendiri? Ketika saya bergabung dengan kampanye 2011 saya tidak tahu apa-apa tentang sprite di luar entri Wikipedia. Saya belajar lebih banyak setiap malam kampanye, mendengarkan yang lain berbicara tentang kondisi sebelumnya, apa yang kami lihat selama penerbangan dan diskusi 'apa yang kami lakukan dengan benar, apa yang kami lakukan salah' atas bir pasca penerbangan. Saya masih seorang pemula dibandingkan dengan orang-orang lain, tetapi saya sekarang pada titik di mana saya dapat mengajukan sebagian besar pertanyaan umum tentang sprite dan perburuan sprite.
Di mana dan kapan Anda terbang selanjutnya?
Tidak ada yang terjadi, tapi kami benar-benar ingin terbang lagi musim panas mendatang. Semoga kita bisa mewujudkannya.
