Jason Ahrns, un estudiante graduado de la Universidad de Alaska-Fairbanks, y otros científicos de la Academia de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Y el Colegio Fort Lewis, todos parte de un proyecto patrocinado por la National Science Foundation, han estado en una misión. Este verano, el grupo se ha lanzado a los cielos en el avión de investigación Gulfstream V del Centro Nacional de Investigación Atmosférica, registrando un total de 30 horas en múltiples vuelos, en busca de sprites.
Los sprites, también conocidos como rayos rojos, son descargas eléctricas que aparecen como ráfagas de luz roja sobre las nubes durante las tormentas eléctricas. Debido a que el fenómeno climático es tan fugaz (los sprites parpadean solo por milisegundos) y en su mayor parte no son visibles desde el suelo, son difícil de observar y aún más difícil de fotografiar, más bien como los espíritus traviesos del reino de fantasía para el que reciben su nombre. Sin embargo, Ahrns y sus colegas han capturado fotografías extremadamente raras del rayo rojo, utilizando cámaras DSLR y cámaras de video de alta velocidad ubicadas en la ventana del avión. Los investigadores esperan aprender más sobre los procesos físicos y químicos que dan lugar a los sprites y otras formas de rayos atmosféricos superiores.
¿Qué se siente al capturar imágenes de algunas de las características más erráticas y de corta duración de la naturaleza? Le pregunté a Ahrns por correo electrónico, y él explicó qué son los sprites, por qué ocurren, cómo los científicos los encuentran y por qué está tan interesado en los fenómenos esquivos.
En primer lugar, ¿qué es un sprite?
Un sprite es un tipo de descarga eléctrica de la atmósfera superior asociada con tormentas eléctricas. Un gran campo eléctrico, generado por algunos rayos, ioniza el aire por encima de la nube, que luego emite la luz que vemos en las imágenes. Obviamente, piden comparación con los rayos normales que vemos todo el tiempo, pero me gusta señalar que los sprites son mucho más altos, con las cimas alcanzando hasta unos 100 kilómetros y más. Un rayo puede extenderse alrededor de 10 kilómetros desde la nube hasta el suelo, pero un sprite puede alcanzar los 50 kilómetros de altura.
Un sprite de "medusa" capturado sobre el condado de Republic, Kansas, el 3 de agosto de 2013. Imagen cortesía de Jason Ahrns a través de Flickr.
¿En qué condiciones ocurren?
Están asociados con rayos positivos, que es cuando la nube tiene una acumulación de carga positiva y libera un rayo. Los golpes negativos, debido a una acumulación de carga negativa, son aproximadamente 10 veces más comunes, por lo que los sprites no están fuertemente asociados con el tipo de rayo más común, pero tampoco es tan raro. Más que un simple golpe positivo, cuanto más carga se movió durante el golpe, mayores serán las posibilidades de un sprite. Por lo tanto, buscamos un gran cambio positivo en el momento de la carga, que son básicamente los golpes positivos ponderados por la cantidad de carga que se movió. La mayoría de las tormentas eléctricas grandes parecen producir las condiciones que conducen a los sprites, pero algunas más que otras. Solo buscamos una tormenta con un historial de muchos grandes cambios positivos de momento de carga y vamos a mirarla.
¿Cuál es tu formación científica? ¿Y cómo te interesaste en los sprites?
Soy principalmente un investigador de auroras, en eso estoy haciendo mi tesis en la UAF. Me involucré en sprites porque uno de los miembros de mi comité de posgrado está organizando estas campañas y necesitaba ayuda adicional. Pensé que los sprites eran fascinantes, y mi asesor me apoyó un poco, así que me subí al equipo.
Sprites sobre el condado de Red Willow, Nebraska, el 12 de agosto de 2013. Imagen cortesía de Jason Ahrns a través de Flickr.
Por lo que entiendo, no se sabe mucho sobre el rayo rojo, descubierto hace apenas 25 años. Con el proyecto NSF, ¿qué esperan aprender usted y los demás científicos? ¿Cuáles son las preguntas más grandes que tienes?
Con esta campaña nos estamos centrando en tres preguntas. Primero, ¿qué procesos físicos y químicos básicos están ocurriendo? Todavía no está claro qué está sucediendo exactamente en un sprite, y por qué hay diferentes tipos de sprites, y qué condiciones le dan un sprite de columna frente a un sprite de zanahoria, por ejemplo. (Todos los nombres de sprites solo se refieren a su forma.) A continuación, ¿los sprites tienen un impacto a gran escala en la atmósfera media? Los sprites claramente representan algún tipo de transferencia de energía, pero ¿está en una escala que tiene un efecto significativo en el clima y el clima? No podemos responder eso sin estudiarlos. Y, entonces, ¿qué podemos aprender sobre la física básica del streamer? Los zarcillos que salen del fondo de los sprites son 'serpentinas', pequeñas bolas de ionización, que se mueven. La velocidad y la vida útil de las serpentinas están relacionadas con la densidad del aire, por lo que estudiar sprites en la atmósfera superior de muy baja densidad es como mirar serpentinas con una lupa en cámara lenta, ¡aunque todavía son bastante rápidos!
¿En cuántas misiones de caza de sprites has estado?
Personalmente, esta es mi segunda campaña aérea. El primero, en 2011, voló un total de 40 horas en el aire, y esta campaña hizo otras 30 horas. Probablemente sea alrededor de 15 vuelos en total. La misma tripulación, menos yo, realizó otra campaña aérea en 2009.
Ahrns capturó estos chorros azules, que parecen llamas de un encendedor de butano, sobre el condado de Republic, Kansas, el 3 de agosto de 2013. A diferencia de los sprites, los chorros azules no se activan directamente por los rayos, pero parecen estar relacionados de alguna manera con la presencia de granizo tormentas. Imagen cortesía de Jason Ahrns a través de Flickr.
¿Qué condiciones, horas del día, áreas del país y altitudes son ideales para estos vuelos?
El medio oeste es productivo, principalmente porque recibe estas poderosas tormentas eléctricas que duran toda la noche. Obviamente, necesitamos que esté oscuro, pero aparte de eso, la hora de la noche no parece importar mucho, solo qué tan fuerte es la tormenta y cuánto poderosos rayos positivos está produciendo. Nos damos cuenta de que cuando la tormenta va bien, produce los sprites de columna y los de zanahoria, pero a medida que desaparece parece cambiar a sprites de medusa menos frecuentes, pero más grandes y brillantes. Volamos lo más alto que podemos llegar, generalmente entre 41, 000 y 45, 000 pies, pero eso es simplemente para tener una vista sobre las nubes. Todavía estamos debajo de los sprites.
El rayo dura solo milisegundos, por lo que tengo especial curiosidad sobre cómo lo fotografías. ¿Qué equipamiento usas?
Para las fotografías fijas, acabo de colocar mi cámara (una Nikon D7000 y una lente rápida) mirando hacia la ventana y configuré un intervalo para que la cámara simplemente tome fotos constantemente. Luego paso más tarde y elimino todo lo que no tiene un sprite. Es el mismo principio que la fotografía de rayos; parece que tendrías que tener el tiempo correcto, pero en realidad es solo estadística, si tomas un montón de fotos, una de ellas obtendrá algo tarde o temprano. Probablemente tomo el orden de 1, 000 imágenes por cada sprite con el que salgo.
Para las cámaras de video de alta velocidad, la cámara tiene un búfer que recorre constantemente los fotogramas anteriores, por muchos que sean, y cuando veo un sprite apreto un gatillo que le dice a la cámara que se detenga y guarde lo que acaba de grabar. Cuando estamos corriendo a 10, 000 cuadros por segundo, el búfer se llena en aproximadamente un segundo, así que ese es el tiempo que debo reconocer un sprite y presionar el botón. Esto puede ser bastante agotador en una noche lenta cuando tienes que ver que no pasa nada durante 45 minutos seguidos y aún así estar listo con ese tiempo de reacción de menos de un segundo.
¿Puedes describir la configuración? ¿Cómo se toman fotografías desde la ventana del avión?
Una imagen vale más que mil palabras, ¿verdad?
La configuración de Ahrns cerca de la ventana del avión. Imagen cortesía de Jason Ahrns a través de Flickr.
Y para el video de alta velocidad ...
Su configuración para capturar videos de alta velocidad. Imagen cortesía de Jason Ahrns a través de Flickr.
Tenemos una conexión a Internet a bordo del avión para que podamos ver las condiciones climáticas en tiempo real. Simplemente apuntamos las cámaras anteriores a la parte más productiva de la tormenta y esperamos los sprites.
¿Qué tan raras son las fotos como estas que has tomado?
Por lo que puedo decir, son bastante raros. Hay algunas imágenes de sprites tomadas con cámaras meteorológicas y cámaras web, pero generalmente son de baja resolución debido a que están muy lejos y usan una lente gran angular. He visto dos o tres imágenes de sprites tomadas con una DSLR, pero aún están lejos del suelo y a una buena distancia, y generalmente tomas de algo más que tuvo suerte con un sprite en el fondo. Tengo la ventaja de estar en el aire, cerca de la región productora de sprites, con una buena idea de dónde aparecerán los sprites, por lo que puedo usar una lente con un campo de visión más estrecho para capturar el sprite de cerca.
En cuanto a las imágenes que obtuve de jets azules, por lo que puedo decir, en realidad son las primeras imágenes de jets tomadas con una DSLR. Eso tiene sentido, porque los chorros están mucho más cerca de la cima de las nubes que los sprites, mucho más difíciles de ver desde el suelo. Estar en el aire es una gran ventaja.
Tomado el condado de Red Willow, Nebraska, el 12 de agosto de 2013. Imagen cortesía de Jason Ahrns a través de Flickr.
¿Qué te parece ingenioso de las imágenes, si acaso?
Creo que hay una severidad muy diferente en ellos. Tome este (arriba), por ejemplo. Tienes este bonito y sereno campo de estrellas, y una luz azul fresca y relajante que viene del rayo de abajo. Entonces BLAM! Este sprite extraño, amenazante y de aspecto totalmente alienígena se hace cargo de toda la escena, como 'Estoy aquí, ¿qué vas a hacer al respecto?'
Hans Nielsen, el investigador principal de la campaña (y el miembro de mi comité mencionado anteriormente), dice que este (a continuación) le recuerda a las pinturas holandesas clásicas, con sus tonos sepia y un ligero desenfoque de la bruma atmosférica.
Tomado sobre el condado canadiense, Oklahoma, el 6 de agosto de 2013. Imagen cortesía de Jason Ahrns a través de Flickr.
¿Qué has aprendido hasta ahora sobre los sprites al participar en este proyecto?
¿Personalmente? Cuando me uní a la campaña de 2011, no sabía nada sobre los sprites más allá de la entrada de Wikipedia. Aprendo más todas las noches de las campañas, escuchando a los demás hablar sobre las condiciones de antemano, lo que estamos viendo durante los vuelos y nuestras discusiones sobre "lo que hicimos bien, lo que hicimos mal" sobre la cerveza después del vuelo. Todavía soy un novato en comparación con los otros chicos, pero ahora estoy en el punto en que puedo responder a la mayoría de las preguntas públicas generales sobre los sprites y la caza de sprites.
¿Dónde y cuándo volarás después?
Nada está escrito en piedra, pero realmente nos gustaría volar de nuevo el próximo verano. Esperemos que podamos hacer que eso suceda.
