Nouvelles informations sur les éclats de foudre «à jet gigantesque» qui atteignent l’espace

Une étude 3D détaillée d’une décharge électrique massive qui s’est élevée à 50 miles dans l’espace au-dessus d’un orage de l’Oklahoma a fourni de nouvelles informations sur un phénomène atmosphérique insaisissable connu sous le nom de jets gigantesques. La décharge de l’Oklahoma était le jet gigantesque le plus puissant étudié jusqu’à présent, transportant 100 fois plus de charge électrique qu’un éclair d’orage typique.

Le jet gigantesque a déplacé environ 300 coulombs de charge électrique dans l’ionosphère – le bord inférieur de l’espace – à partir de l’orage. Les éclairs typiques transportent moins de cinq coulombs entre le nuage et le sol ou à l’intérieur des nuages. La décharge ascendante comprenait des banderoles de plasma relativement froides (environ 400 degrés Fahrenheit), ainsi que des structures appelées leaders qui sont très chaudes – plus de 8 000 degrés Fahrenheit.

« Nous avons pu cartographier ce jet gigantesque en trois dimensions avec des données de très haute qualité », a déclaré Levi Boggs, chercheur au Georgia Tech Research Institute (GTRI) et auteur correspondant de l’article. « Nous avons pu voir des sources à très haute fréquence (VHF) au-dessus du sommet des nuages, ce qui n’avait jamais été vu auparavant avec ce niveau de détail. En utilisant des données satellitaires et radar, nous avons pu savoir où se trouvait la partie très chaude de la décharge. était situé au-dessus du nuage. »

Boggs a travaillé avec une équipe de recherche multi-organisations, y compris l’Association de recherche spatiale des universités (USRA), la Texas Tech University, l’Université du New Hampshire, Politecnica de Catalunya, Duke University, l’Université de l’Oklahoma, le National Severe Storms Laboratory de la NOAA et le Laboratoire national de Los Alamos. La recherche est rapportée le 3 août dans Avancées scientifiques.

Steve Cummer, professeur de génie électrique et informatique à Duke, utilise les ondes électromagnétiques émises par la foudre pour étudier ce puissant phénomène. Il exploite un site de recherche où des capteurs ressemblant à des antennes conventionnelles sont disposés dans un champ autrement vide, attendant de capter les signaux des tempêtes locales.

« Les signaux VHF et optiques ont définitivement confirmé ce que les chercheurs avaient soupçonné mais pas encore prouvé : que la radio VHF de la foudre est émise par de petites structures appelées banderoles qui se trouvent à la pointe de la foudre en développement, tandis que le courant électrique le plus fort circule de manière significative derrière celle-ci. pointe dans un canal électriquement conducteur appelé un leader », a déclaré Cummer.

Doug Mach, co-auteur de l’article de l’Universities Space Research Association (USRA), a déclaré que l’étude était unique en ce qu’elle a déterminé que les emplacements 3D des émissions optiques de la foudre étaient bien au-dessus des sommets des nuages.

« Le fait que le jet gigantesque ait été détecté par plusieurs systèmes, dont le Lightning Mapping Array et deux instruments de foudre optiques géostationnaires, a été un événement unique et nous donne beaucoup plus d’informations sur les jets gigantesques », a déclaré Mach. « Plus important encore, c’est probablement la première fois qu’un jet gigantesque est cartographié en trois dimensions au-dessus des nuages ​​avec l’ensemble d’instruments Geostationary Lightning Mapper (GLM). »

Des jets gigantesques ont été observés et étudiés au cours des deux dernières décennies, mais comme il n’y a pas de système d’observation spécifique pour les rechercher, les détections ont été rares. Boggs a appris l’événement de l’Oklahoma par un collègue, qui lui a parlé d’un gigantesque jet qui avait été photographié par un citoyen-scientifique qui avait un appareil photo à faible luminosité en fonctionnement le 14 mai 2018.

Fortuitement, l’événement a eu lieu dans un endroit avec un système de cartographie de la foudre VHF à proximité, à portée de deux emplacements de radar météorologique de nouvelle génération (NEXRAD) et accessible aux instruments sur satellites du réseau de satellites environnementaux opérationnels géostationnaires (GOES) de la NOAA. Boggs a déterminé que les données de ces systèmes étaient disponibles et a travaillé avec des collègues pour les rassembler à des fins d’analyse.

« Les données détaillées ont montré que ces streamers froids commencent leur propagation juste au-dessus du sommet du nuage », a expliqué Boggs. « Ils se propagent jusqu’à l’ionosphère inférieure à une altitude de 50 à 60 miles, établissant une connexion électrique directe entre le sommet du nuage et l’ionosphère inférieure, qui est le bord inférieur de l’espace. »

Cette connexion transfère des milliers d’ampères de courant en une seconde environ. La décharge ascendante a transféré une charge négative du nuage à l’ionosphère, typique des jets gigantesques.

Les données ont montré qu’au fur et à mesure que la décharge montait du sommet du nuage, des sources radio VHF étaient détectées à des altitudes de 22 à 45 kilomètres (13 à 28 milles), tandis que les émissions optiques des éclaireurs restaient près du sommet du nuage à une altitude de 15 à 20 kilomètres (9 à 12 milles). Les données radio et optiques 3D simultanées indiquent que les réseaux de foudre VHF détectent les émissions de la couronne de streamer plutôt que du canal leader, ce qui a de larges implications sur la physique de la foudre au-delà de celle des jets gigantesques.

Pourquoi les gigantesques jets se chargent-ils dans l’espace ? Les chercheurs pensent que quelque chose pourrait bloquer le flux de charge vers le bas ou vers d’autres nuages. Les enregistrements de l’événement de l’Oklahoma montrent peu d’activité de foudre de la tempête avant qu’elle ne tire le gigantesque jet record.

« Pour une raison quelconque, il y a généralement une suppression des décharges nuage-sol », a déclaré Boggs. « Il y a une accumulation de charge négative, puis nous pensons que les conditions au sommet de la tempête affaiblissent la couche de charge la plus élevée, qui est généralement positive. En l’absence des décharges de foudre que nous voyons normalement, le jet gigantesque peut soulager l’accumulation de excès de charge négative dans le nuage. »

Pour l’instant, il y a beaucoup de questions sans réponse sur les jets gigantesques, qui font partie d’une classe d’événements lumineux transitoires mystérieux. C’est parce que les observations d’entre eux sont rares et se produisent par hasard – des pilotes ou des passagers d’avions qui arrivent à les voir ou des observateurs au sol utilisant des caméras à balayage nocturne.

Les estimations de la fréquence des jets gigantesques vont de 1 000 par an à 50 000 par an. Ils ont été signalés plus souvent dans les régions tropicales du globe. Cependant, le gigantesque jet de l’Oklahoma, qui était deux fois plus puissant que le plus puissant, ne faisait pas partie d’un système de tempête tropicale.

Au-delà de leur nouveauté, les jets gigantesques pourraient avoir un impact sur le fonctionnement des satellites en orbite terrestre basse, a déclaré Boggs. À mesure que de plus en plus de ces véhicules spatiaux sont lancés, la dégradation du signal et les problèmes de performances pourraient devenir plus importants. Les jets gigantesques pourraient également affecter des technologies telles que les radars transhorizon qui font rebondir les ondes radio sur l’ionosphère.

Boggs est affilié au Severe Storms Research Center, qui a été créé au GTRI pour développer des technologies améliorées d’avertissement des tempêtes violentes, telles que les tornades, qui sont courantes en Géorgie. Les travaux sur les jets gigantesques et autres phénomènes atmosphériques font partie de cet effort.