Red sprite

Sprites are large scale electrical discharges that occur high above the trailing stratoform regions of active thunderstorm systems. They are a particular type of electrical breakdown characteristic of the early stages of lightning discharges (the streamer stage), but lacking the later stages of leaders and return strokes.

準靜電場模型:在閃電之前,雷雨雲中的電荷分布大致可分為兩層:下層為負電荷,上層為正電 荷。此時雷雨雲頂到電離層的高空中,會由這兩層正負電荷共同感應出一個由下到上的小電場。當上層的正電荷對地面放電時,所留下的負電荷,則會在瞬間感應出 一個由上到下的強大準靜電場。由於大氣密度會隨著高度增加而大量的減少,電子在行進中與大氣分子的碰撞的機率也隨著降低,使得這個大電場可以將高空中電子 加速到足夠高的能量,導致空氣分子或原子游離化並造成一連串的崩潰效應,產生大量的電子,再進而激發空氣分子產生發光現象。

相反的,當下層的負電荷對地放電時,由於上層電荷的屏蔽效應,使得雲頂到電離層之間的電場的增加並不大,而且電場的方向是由下往上,也就是電子是 由氣體密度較低的高空往密度較高的低空加速。在這種情形之下,電子不易達到足夠高的能量,造成空氣分子游離化並產一連串的崩潰效應。因此,雲層帶負電荷的 下層部分對地放電時,並不容易產生紅色精靈。

科學家們利用準靜電場模型中的物理方程式,可模擬出電場與電子密度的分布情形。結果顯示,雷雨雲層上層的正電荷對地閃電之後,所產生的瞬間電場強 度,要比下層的負電對地面閃電,所產生的瞬間電場強度,高出約一千倍左右。這個結果與「絕大多數的紅色精靈都是由帶正電的雲層對地面閃電所造成」的觀測結 果,相當符合。

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