Jason Ahrns, étudiant diplômé de l'Université d'Alaska-Fairbanks, et d'autres scientifiques de l'US Air Force Academy et du Fort Lewis College - tous membres d'un projet parrainé par la National Science Foundation - ont été en mission. Cet été, le groupe s'est envolé dans l'avion de recherche Gulfstream V du National Center for Atmospheric Research, enregistrant un total de 30 heures de vol au cours de plusieurs vols, à la recherche de sprites.
Les sprites, également appelés éclairs rouges, sont des décharges électriques qui se manifestent par des éclairs de lumière rouge au-dessus des nuages pendant les orages. Parce que le phénomène météorologique est si passager (les sprites ne clignotent que pendant quelques millisecondes), ils ne sont généralement pas visibles du sol. difficile à observer et encore plus difficile à photographier, un peu comme les esprits aériens malicieux du royaume de la fantasy pour lesquels ils ont été nommés. Ahrns et ses collègues ont toutefois capturé des photographies extrêmement rares de la foudre rouge, à l'aide d'appareils photo reflex numériques et de caméras vidéo à haute vitesse positionnées dans la fenêtre de l'avion. Les chercheurs espèrent en apprendre davantage sur les processus physiques et chimiques à l’origine des sprites et autres formes de foudre de la haute atmosphère.
A quoi ça ressemble de capturer des images de certaines des caractéristiques les plus éphémères et erratiques de la nature? J'ai interrogé Ahrns par courrier électronique, et il a expliqué ce que sont les sprites, pourquoi ils se produisent, comment les scientifiques les trouvent et pourquoi il s'intéresse tellement aux phénomènes insaisissables.
Tout d'abord, qu'est-ce qu'un sprite?
Un sprite est une sorte de décharge électrique dans la haute atmosphère associée aux orages. Un grand champ électrique, généré par des coups de foudre, ionise l'air au-dessus du nuage, qui émet ensuite la lumière que nous voyons sur les images. Ils demandent évidemment une comparaison avec les éclairs que nous voyons tout le temps, mais je tiens à souligner que les sprites sont beaucoup plus hauts, avec des sommets atteignant environ 100 kilomètres et plus. Un éclair peut atteindre une dizaine de kilomètres du nuage au sol, mais un sprite peut atteindre une hauteur de 50 kilomètres.
Un sprite «méduse» capturé dans le comté de Republic, au Kansas, le 3 août 2013. Avec l'aimable autorisation de Jason Ahrns via Flickr.
Dans quelles conditions se produisent-ils?
Ils sont associés à des coups de foudre positifs, c'est-à-dire lorsque le nuage accumule une charge positive et libère un éclair. Les traits négatifs, résultant d'une accumulation de charges négatives, sont environ 10 fois plus fréquents. Par conséquent, les sprites ne sont pas fortement associés au type de foudre le plus courant, mais ce n'est pas si rare non plus. Plus qu'un simple coup positif, plus la charge déplacée pendant le coup est grande, meilleures sont les chances pour le sprite. Nous recherchons donc un grand changement positif de moment de charge, qui correspond essentiellement aux coups positifs pondérés par la charge déplacée. La plupart des gros orages semblent créer les conditions qui conduisent aux sprites, mais certains plus que d'autres. Nous cherchons simplement une tempête avec une histoire de beaucoup de grands changements positifs de charge-moment positif et allons le regarder.
Quelle est votre formation scientifique? Et comment t'es-tu intéressé aux sprites?
Je suis avant tout un chercheur sur les aurores. C'est ce sur quoi je fais ma thèse à l'UAF. Je me suis impliqué dans les sprites parce qu'un des membres de mon comité de diplômés organisait ces campagnes et avait besoin d'une aide supplémentaire. Je pensais que les sprites étaient fascinants et mon conseiller me soutenait un peu plus, alors je suis monté à bord de l'équipe.
Sprites over Red Willow County, Nebraska, le 12 août 2013. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Jason Ahrns via Flickr.
D'après ce que j'ai compris, on en sait peu sur la foudre rouge, découverte il y a à peine 25 ans. Avec le projet NSF, qu'espérez-vous, vous et les autres scientifiques, apprendre? Quelles sont les plus grandes questions que vous avez?
Avec cette campagne, nous nous concentrons sur trois questions. Premièrement, quels sont les processus physiques et chimiques de base? On ne sait toujours pas exactement ce qui se passe dans un sprite, pourquoi il existe différents types de sprites et quelles conditions vous donnent un sprite à colonnes par rapport à un sprite à la carotte, par exemple. (Tous les noms de sprites se réfèrent simplement à leur forme.) Ensuite, les sprites ont-ils un impact à grande échelle sur l'atmosphère moyenne? Les sprites représentent clairement une sorte de transfert d'énergie, mais est-ce que c'est à une échelle qui a un effet significatif sur le temps et le climat? Nous ne pouvons pas répondre à cela sans les étudier. Et ensuite, que pouvons-nous apprendre sur la physique de base des streamers? Les vrilles qui viennent du bas des sprites sont des "streamers" - de petites boules d'ionisation - qui se déplacent. La vitesse et la durée de vie des streamers étant liées à la densité de l'air, étudier les sprites dans la haute densité très basse de la haute atmosphère revient à regarder les streamers avec une loupe au ralenti. bien qu'ils soient encore assez rapides!
Combien de missions de chasse-sprite avez-vous été?
Personnellement, c'est ma deuxième campagne aérienne. La première, en 2011, a duré 40 heures en vol et cette campagne a duré 30 heures. C'est probablement environ 15 vols au total. Le même équipage, moins moi, a réalisé une autre campagne aérienne en 2009.
Ahrns a capturé ces jets bleus, qui ressemblent aux flammes d'un briquet au butane, sur le comté de Republic, au Kansas, le 3 août 2013. Contrairement aux sprites, les jets bleus ne sont pas directement déclenchés par la foudre, mais semblent en quelque sorte liés à la présence de tempêtes de grêle. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Jason Ahrns via Flickr.
Quelles sont les conditions, les heures de la journée, les régions du pays et les altitudes idéales pour ces vols?
Le Midwest est productif, principalement parce qu'il reçoit ces puissants orages qui durent toute la nuit. De toute évidence, il faut qu’il soit sombre, mais à part cela, l’heure de la nuit ne semble pas avoir d’importance importante, mais seulement la force de la tempête et la puissance de la foudre positive qu’elle produit. Nous remarquons que lorsque la tempête se déclenche, les sprites à colonnes et les carottes à la carotte sont produits, mais à mesure qu’elle meurt, elle semble basculer vers des sprites à méduses moins fréquents, mais plus grands et plus brillants. Nous volons aussi haut que possible, généralement entre 41 000 et 45 000 pieds, mais c'est simplement pour avoir une vue sur les nuages. Nous sommes toujours en dessous des sprites.
La foudre ne dure que quelques millisecondes, je suis donc particulièrement curieux de savoir comment vous le photographiez. Quel équipement utilisez-vous?
Pour les photos, je viens de placer mon appareil photo (un Nikon D7000 et un objectif rapide) face à la fenêtre et de définir un intervalle pour que l’appareil photo prenne des photos en permanence. Ensuite, je répète plus tard et supprime tout ce qui ne contient pas d’image-objet. C'est le même principe que la photographie éclair. il semble que vous deviez avoir le bon timing, mais il ne s'agit que de statistiques, si vous prenez une série de photos, l'une d'entre elles obtiendra quelque chose tôt ou tard. Je prends probablement environ 1 000 images pour chaque sprite avec lequel je pars.
Pour les caméras vidéo à haute vitesse, la caméra a une mémoire tampon qui parcourt constamment le nombre précédent d'images, et lorsque je vois un sprite, j'appuie sur un déclencheur qui ordonne à la caméra de s'arrêter et de sauvegarder tout ce qu'elle vient d'enregistrer. Lorsque nous courons à 10 000 images par seconde, la mémoire tampon se remplit en une seconde environ. C'est donc le temps qu'il faut pour reconnaître un sprite et appuyer sur le bouton. Cela peut être assez éprouvant une nuit lente quand vous devez regarder rien ne se passe pendant 45 minutes d'affilée tout en restant prêt avec un temps de réaction inférieur à une seconde.
Pouvez-vous décrire la configuration? Comment prenez-vous réellement des photos de la fenêtre de l'avion?
Une image vaut mille mots, n'est-ce pas?
La configuration d'Ahrns près de la fenêtre de l'avion. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Jason Ahrns via Flickr.
Et pour la vidéo haute vitesse…
Son installation pour capturer de la vidéo haute vitesse. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Jason Ahrns via Flickr.
Nous avons une connexion Internet à bord de l'avion afin que nous puissions regarder les conditions météorologiques en temps réel. Nous pointons simplement les caméras ci-dessus sur la partie la plus productive de la tempête et attendons les images-objets.
Quelle est la rareté de telles photos que vous avez prises?
Autant que je sache, ils sont plutôt rares. Certaines images de sprites sont prises avec des caméras météores et des webcams, mais leur résolution est généralement faible, car elles sont très éloignées et utilisent un objectif grand angle. J'ai vu deux ou trois images de sprite prises avec un appareil reflex numérique, mais elles sont toujours loin du sol et à une bonne distance, et généralement des images de quelque chose d'autre qui a eu de la chance avec un sprite en arrière-plan. J'ai l'avantage d'être dans les airs, près de la région productrice d'images-objets, avec une bonne idée de l'endroit où les images-objets apparaîtront. Je peux donc utiliser un objectif avec un champ de vision plus étroit pour capturer l'image-objet de près.
En ce qui concerne les images que j’ai obtenues des jets bleus, autant que je sache, c’est en fait les premières images de jets prises avec un reflex numérique. Cela a du sens, car les jets sont beaucoup plus proches du sommet des nuages que les sprites beaucoup plus difficiles à voir depuis le sol. Être dans les airs est un avantage majeur.
Prise le 12 août 2013 dans le comté de Red Willow, dans le Nebraska. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Jason Ahrns via Flickr.
Que trouves-tu astucieux dans les images, le cas échéant?
Je pense qu'il y a une vérité vraiment différente sur eux. Prenez celui-ci (ci-dessus), par exemple. Vous avez cette belle étoile sereine et une lumière bleue douce et apaisante qui émane de la foudre en dessous. Alors BLAM! Ce sprite étrange, menaçant et totalement étranger semble occuper toute la scène, comme "Je suis ici, que vas-tu faire à ce sujet?"
Hans Nielsen, enquêteur principal de la campagne (et membre de mon comité mentionné précédemment), explique que celle-ci (ci-dessous) lui rappelle les peintures hollandaises classiques, avec ses tons sépia et son léger flou causé par la brume atmosphérique.
Pris sur le comté canadien, Oklahoma, le 6 août 2013. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Jason Ahrns via Flickr.
Qu'avez-vous appris jusqu'à présent sur les sprites en participant à ce projet?
Personnellement? Lorsque j'ai rejoint la campagne de 2011, je ne savais rien des sprites au-delà de l'entrée de Wikipedia. J'apprends plus chaque soir des campagnes, en écoutant les autres parler des conditions préalables, de ce que nous voyons pendant les vols et de nos discussions sur les solutions «ce que nous avons bien fait, ce qui a mal été» à propos de la bière après la vente. Je suis toujours un débutant par rapport aux autres gars, mais je suis maintenant sur le point de pouvoir répondre aux questions du grand public sur les sprites et la chasse aux sprites.
Où et quand volez-vous ensuite?
Rien n'est figé dans la pierre, mais nous aimerions vraiment voler à nouveau l'été prochain. Espérons que nous pouvons y arriver.
