基本介紹
- 中文名：紅色精靈
- 本質：高空大氣放電現象
- 高度：約三十到九十公里
- 顏色：上半部是紅色，底部轉變為藍色
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研究歷史
紅色精靈最早是在1886年被發現，但一直沒有明確的資料證明與雷暴和閃電的關係。
國際空間站拍攝的紅色精靈
國際空間站拍攝的紅色精靈從1886年最早發現紅色精靈到以後的100年間沒有任何的文字圖像資料證明這種壯觀的大氣閃光現象形成的原因，直到1989年7月時任明尼蘇達綜合大學的物理學教授John R.才記錄了紅色精靈的影象，從此揭開了蒙在紅色精靈臉上100多年的神秘面紗。
直到1989年7月6日時任明尼蘇達綜合大學的物理學教授John R.利用一台低光度攝影機記錄了一道跳躍的火焰。在回放時他和他的兩名研究生Robert Franz 和 Robert Nemzek驚訝的發現在圖像中有兩個巨型的閃光出現在北明尼蘇達的天空上。
之後他們很快的證明了紅色精靈是在雷雲之上的一種特殊的閃電，也揭開了紅色精靈近一個世紀的神秘面紗。藉由美國太空總署的研究飛機的協助，第一個彩色“紅色精靈”的照片是由阿拉斯加大學Sentman教授所領導的紅色精靈研究團隊(sprites research team)於1994年所攝得。
產生機理
“紅色精靈”是所發現數種由閃電所引發的中高空發光現象之一，其可能的成因簡示如下：一般閃電是源自帶著負電荷的雲層底部，並向下落至地表。
偶爾，閃電是源自雲層頂端積蓄的大量正電荷，因此閃電發生後，電離層(ionosphere)和雲層頂有著很強大的電場，因此吸引著電子向上移動。在移動的過程中會和氣體分子碰撞，如果產生的電場足夠強而且周圍的空氣足夠稀薄，在和空氣分子撞擊之前，電子可以獲得相當高的能量，當電子撞擊空氣分子，會把它們撞到激髮狀態，讓分子發出輝光，產生紅色精靈這種高空短暫發光現象。
理論上，這種現象發生於40至90公里的高空中。 最亮的紅色精靈人類的肉眼就可以看見，但長久以來並不為人們所知，追究其原因在於它是發生在極端明亮的雲對地閃電之後，因此上述的現象並不會特別引起科學家們的注意。紅色精靈發光的時間通常持續不到三十分之一秒，亮度通常也不很明亮，出現的機會相當低，因此，科學家必須使用高感光度的攝影機，持續對雷雨雲的上空錄像，才能紀錄到這種高空短暫發光現象。
發生實例
藍色噴流
1994年entman 和 Wescott第一次記錄到“藍色噴流”這種怪異的現象，他們是飛機在高空中飛越強烈的風暴之上，為捕捉紅色精靈期間利用高靈敏度的照相機意外拍攝到的。由這些照片可以得知這種閃電以秒速120公里自雲層頂端向上噴出，目 前研究學者們正致力於找出可完整的解釋其成因的理論。
中國影象
2001年5月1日在中國的福建靠近廣東的方向由台灣成功大學物理系副教授蘇宗汗及軟體工程師章展誥在台灣氣阿里山氣象觀測站用高感度的黑白CCD攝影機拍攝得十多個紅色精靈的影像，這也是我國目前唯一成功拍攝到的紅色精靈的影象。
緊接著在亞洲大陸上空的紅色精靈，隨後又觀測到海洋上空的紅色精靈事件，並發現大陸型的紅色精靈大都成群出現，而海洋型紅色精靈則以單根出現的機率較高，讓高空閃電研究學界首次注意海洋和大陸上空的高空閃電特性有所不同，並將高空閃電的研究重心轉移到海洋型高空閃電。
此外在2002年成大團隊更有震驚世界的發現，7月22日在台灣鵝鑾鼻觀測時發先了6 例巨大的藍色噴流，其發生高度從16 公里的雲層直到九十公里雲頂，這種特殊的自然現象，全世界的科學家到目 前為止只記錄到六例。而國內目 前還沒有這方面的資料文獻。
成功大學物理系“高空大氣閃電影像儀”(Imager of Sprite : Upper Atmosphere Lightning，簡稱為ISUAL) 太空計畫科學團隊，4月30 日晚間在氣象局阿里山工作站從事紅色精靈觀測時，在往大陸的福建、廣東方向，約600公里遠處的一個雷雨系統，以高感度的黑白CCD攝影機拍攝得十多個紅色精靈的影像。附圖便是其中的一個明顯事件，圖中兩條蘿蔔狀的亮光便是紅色精靈。
這一系列的影像，可說是在台灣拍攝的第一批清晰的紅色精靈影像。這些紅色精靈是發上在約600公里遠處雷雨雲的上空，紅色精靈發生的瞬間，連阿里山的夜空也為之一亮。
這一批紅色精靈影像，是由成功大學物理系副教授蘇漢宗及軟體工程師章展誥所拍攝的。觀測團隊的其他成員還包括物理系教授許瑞榮，博士後研究員陳炳志博士，助理李宜蓁，以及大四學生陳小芳與陳秋雯。所用的儀器有Sigma 20mm, f/1.8廣角鏡頭，Watec的WAT-902H微光CCD以及SONY DCR-PC5 DV數位錄影機。
在此之前我們曾在中央大學鹿林山天文台經做過三次觀測，並無所獲；直到4月28日，才由蘇漢宗教授帶領陳小芳與陳秋雯兩位同學這一次才觀測得數個紅色精靈的事件，但是由於影像品質並不理想，因此在4月30日蘇漢宗教授與章展誥先生再度前往阿里山氣象站從事觀測，終於在5月1日零時起才開始觀測到這一系列清晰的紅色精靈事件。台灣地區的紅色精靈觀測計畫正陸續展開中，相信在不久的我們將來會收集到更多且品質更好的紅色精靈影像，從事科學分析以期能對紅色精靈的物理機制有更進一步的了解。
ISUAL太空計畫是中華二號衛星的科學酬載。中華二號衛星是一顆低軌道太陽同步衛星，它的軌道高度約891公里，傾斜角約99度。主要的酬載任務利用遙測酬載儀器（Remote Sensing Instrument, RSI）對台灣陸地及海域進行近即時之大氣、海洋及陸地進行遙測，以獲取可套用在土地利用、災害評估、農林環境、環境污染狀況監控等方面，及科學實驗研究的資料。而ISUAL太空計畫的主要科學目標為：
(1)確定高空大氣閃電（紅色精靈）的動態演歷及頻譜變化以解開高空大氣閃電發生之謎。
(2)以紫外線波段來探索高空大氣閃電中的未知現象。(3) 確認高空大氣閃電時大氣的離子化程度，以了解在地球上的高能量γ-ray是如何產生的。(4)建立高空大氣閃電、大氣輝光及極光的全球分布情形的數據資料庫。另外的技術目標是：建立太空級光學測量儀器及科學酬載規畫、設計、組裝、測試與系統整合的能力。其中包括設立科學酬載發展實驗室、科學酬載測試實驗室、科學數據處理與資料分送中心。
歐洲影象
2015年12月，歐洲南方天文台（ESO）的攝影師拍攝到了“紅色精靈”的圖片。“紅色精靈”是在高海拔地區、出現在雷暴上空的一種罕見自然現象。在這張圖像的中心，“紅色精靈”的卷鬚似乎正在升起，抵達星光熠熠的夜空。
觀測組織
由於紅色精靈發生在雷雨雲的上空，觀測時都會選擇在二百至八百公里以外的雷雨雲作為觀測對象，而且為了避免大氣的干擾，觀測地點均設定在高山上，且天氣必需非常晴朗，如此即可遠觀雲層頂上的大氣放電現象，觀測的困難度相當高。
國際
國際上已經有超過20 個組織和團體在世界不同的地方研究紅色精靈這一現象，除著名的NASA 和明尼蘇達大學外位於美國科羅拉多州的Sky-Fire公司在大氣物理研究和對紅色精靈的研究也卓有成就，Sky-Fire 公司對紅色精靈和藍色噴流有著大量和細緻的研究，並且也有專門的人員負責調查和收集世界各地關於紅色精靈和藍色噴流方面的資料。
國外的合作團隊主要有美國加州大學柏克萊分校太空科學實驗室( Univ. of California, Berkeley; Space Science Laboratory ) S. Mende教授所領導的“UCB團隊”；日本東北大學(Tohoku University) H. Fukunishi教授所率領的“TU團隊”。
中國
在中國台灣省也有一支由成功大學物理系和其它學術團體組成的紅色精靈研究團隊，在高空大氣閃電的研究方面也有很大的成就。
紅色精靈研究團隊是在太空計畫室主任李羅權教授的督導之下，由計畫總主持人成功大學物理系陳志隆教授（負責酬載發展部分）率領的“成大團隊”負責科學籌載的發展、測試與系統整合，並建立資料中心與科學探索團隊。
“成大團隊”的成員包括有成大物理系陳志隆（負責酬載發展部分），許瑞榮（負責科學探索部分），蘇漢宗（負責數據中心部分），蔡錦俊（負責酬載測試部分）等四位教授，以及遠東技術學院助教授張名輝。尚有由中央大學倪簡白教授與葉永烜教授所組成的“中大團隊”，以及由陳至信博士與張勝聰博士所組成的“精密儀器中心團隊”協同執行整個計畫。
研究意義
中國國有關紅色精靈研究的背景知識與整個計畫的執行情形都會在網路上展示。將來也會定期地繼續充實網頁的內容。對中國的可預期效益為：
(1)提升我國太空物理研究的世界地位。
(2)建立我國太空光學量測儀器與科學酬載的設計、組裝、測試及系統整合能力。
3)科學酬載的技術可衍生作為民生所用，也可促進科學研究的進步。
