Том 36, номер 11, статья № 8

Аннотация:

Исследовано влияние относительной влажности воздуха на свойства плазменных диффузных струй (ПДС), инициируемых емкостным разрядом при давлении 0,03–1 торр, которые являются аналогами столбчатых спрайтов. Для этого ПДС фотографировались при различных давлениях, а также регистрировались спектры излучения в УФ-, видимой и ИК-областях. Показано, что снижение относительной влажности воздуха при давлении менее 0,1 торр способствует сохранению красного цвета ПДС. Оценка среднего количества красных и синих пикселей на фотографиях подтверждает данный результат. Установлено, что увеличение приведенной напряженности электрического поля вызывает изменение цвета и спектра ПДС за счет роста интенсивности излучения полос первой отрицательной системы азота.

Ключевые слова:

атмосферный воздух, разряд низкого давления, емкостный разряд, плазменные диффузные струи, аналог столбчатого спрайта

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Sentman D.D., Wescott E.M. Red sprites and blue jets: Thunderstorm – excited optical emissions in the stratosphere, mesosphere, and ionosphere // Phys. Plasmas. 1995. V. 2, N 6. P. 2514–2522. DOI: 10.1063/1.871213.
2. Rodger C.J. Red sprites, upward lightning, and VLF perturbations // Rev. Geophys. 1999. V. 37, N 3. P. 317–336. DOI: 10.1029/1999RG900006.
3. Pasko V.P. Red sprite discharges in the atmosphere at high altitude: The molecular physics and the similarity with laboratory discharges // Plasma Sources Sci. Technol. 2007. V. 16, Art. N S13. DOI: 10.1088/0963-0252/16/1/S02.
4. Williams E., Valente M., Gerken E., Golka R. Sprites, Elves and Intense Lightning Discharges. Springer. 2006. P. 237–251.
5. Stenbaek-Nielsen H.C., McHarg M.G., Kanmae T., Sentman D.D. Observed emission rates in sprite streamer heads // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34, Art. N L11105. DOI: 10.1029/2007GL02988111.
6. McHarg M.G., Stenbaek-Nielsen H.C., Kammae T. Observed emission rates in sprite streamer heads // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. Art. N L06804. DOI: 10.1029/2007GL029881.
7. Kanmae T., Stenbaek-Nielsen H.C., McHarg M.G., Haaland R.K. Diameter-speed relation of sprite streamers // J. Phys. D: Appl. Phys. 2012. V. 45, N 27. Art. N 275203. DOI: 10.1088/0022-3727/45/27/275203.
8. Pasko V.P., Yair Y., Kuo C.L. Lightning related transient luminous events at high altitude in the Earth’s atmosphere: Phenomenology, mechanisms and effects // Space Sci. Rev. 2012. V. 168, N 1. P. 475–516.
9. Singh M., Sharma P.K., Pathak P.P. Radiation phenomenon due to streamers of sprites // J. Electromag. Analysis Appl. 2022. V. 14, N 3. P. 31–37. DOI: 10.4236/jemaa.2022.143003.
10. Franz R.C., Nemzek R.J., Winckler J.R. Television image of a large upward electrical discharge above a thunderstorm system // Science. 1990. V. 249. P. 48–51. DOI: 10.1126/science.249.4964.48.
11. Sentman D.D., Wescott E.M., Osborne D.L., Hampton D.L., Heavne M.J. Preliminary results from the Sprites 94 Aircraft Campaign: 1. Red sprites // Geophys. Res. Lett. 1995. V. 22, N 10. P. 1205–1208. DOI: 10.1029/95GL00583.
12. Garipov G.K., Khrenov B.A., Klimov P.A., Klimenko V.V., Mareev E.A., Martines O., Mendoza E., Morozenko V.S., Panasyuk M.I., Park I.H., Ponce E., Rivera L., Salazar H., Tulupov V.I., Vedenkin N.N., Yashin I.V. Global transients in ultraviolet and red-infrared ranges from data of Universitetsky-Tatiana-2 satellite // J. Geophys. Res. Atmos. 2013. V. 118, N 2. P. 370–379. DOI: 10.1029/2012JD017501.
13. Jehl A., Farges T., Blanc E. Color pictures of sprites from non-dedicated observation on board the International Space Station // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. V. 118. P. 454–461.
14. Neubert T., Ostgaard N., Reglero V., Blanc E., Chanrion O., Oxborrow C.A., Orr A., Tacconi M., Hartnack O., Bhanderi D.D.V. The ASIM Mission on the International Space Station // Space Sci. Rev. 2019. V. 215, N 2. P. 1–17. DOI: 10.1007/s11214-019-0592-z.
15. Pizzuti A., Bennett A., Soula S., Amor S.N., Mlynarczyk J., Füllekrug M., Pédeboy S. On the relationship between lightning superbolts and TLEs in Northern Europe // Atmos Res. 2022. V. 270, Art. N 106047. DOI: 10.1016/j.atmosres.2022. 106047.
16. Neubert T., Rycroft M., Farges T., Blanc E., Chanrion O., Arnone E., Odzimek A., Arnold N., Enell C.-F., Turunen E., Bösinger T., Mika Á., Haldoupis C., Steiner R.J., Velde O. van der, Soula S., Berg P., Boberg F., Thejll P., Christiansen B., Ignaccolo M., Füllekrug M., Verronen P.T., Montanya J., Crosby N. Recent results from studies of electric discharges in the mesosphere // Surveys Geophys. 2008. V. 29, N 2. P. 71–137. DOI: 10.1007/s10712-008-9043-1.
17. Stenbaek-Nielsen H.C., Haaland R., McHarg M.G., Kanmae T. Sprite initiation altitude measured by triangulation // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 115, N A8. DOI: 10.1029/2009JA014850.
18. Qin J., Celestin S., Pasko V.P., Cummer S.A., McHarg M.G., Stenbaek-Nielsen H.C. Mechanism of column and carrot sprites derived from optical and radio observations // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40, N 17. P. 4777–4782. DOI: 10.1002/grl.50910.
19. Malagon-Romero A., Teunissen J., Stenbaek-Nielsen H.C., McHarg M.G., Ebert U., Luque A. On the emergence mechanism of carrot sprites // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47, Art. N e2019GL085776. DOI: 10.1029/2019GL085776.
20. Pasko V.P., Qin J., Celestin S. Toward better understanding of sprite streamers: Initiation, morphology, and polarity asymmetry // Surveys Geophys. 2013. V. 34, N 6. P. 797–830.
21. Vaughan O.H., Blakeslee Jr.R., Broeck W.L., Vonnegut B., Brook M., McKune J.Jr. A cloud-to-space lightning as recorded by the space shuttle payload bay camera // Mon. Weather Rev. 1992. V. 35. P. 1459–1461. DOI: 10.1175/1520-0493(1992)12<1459:ACTSLA>2.0.CO;2.
22. Sentman D.D., Wescott E.M. Observations of atmospheric optical flashes recorded from an aircraft // Geophys. Res. Lett. 1993. V. 20. P. 2857–2860. DOI: 10.1029/93GL02998.
23. Goto Y., Ohba Y., Narita K. Optical and spectral characteristics of low pressure air discharges as sprite models // J. Atmos. Electricity. 2007. V. 27, N 2. P. 105–112. DOI: 10.1541/jae.27.105.
24. Соснин Э.А., Бабаев Н.Ю., Кожевнико В.Ю., Козырев А.В., Найдис Г.В., Панарин В.А., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф. Моделирование транзиентных световых явлений средней атмосферы Земли c помощью апокампического разряда // Успехи физ. наук. 2021. Т. 191, № 2. С. 199–219. DOI: 10.3367/UFNr.2020.03.038735.
26. Arcanjo M., Montanya J., Urbani M., Lorenzo V. Optical signatures associated with streamers and leaders of laboratory discharges // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. Art. N e2021GL095601. DOI: 10.1029/ 2021GL095601.
26. Opaits D.F., Shneider M.N., Howard P.J., Miles R.B., Milikh G.M. Study of streamers in gradient density air: Table top modeling of red sprites // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37, Art. N L14801. DOI: 10.1029/2010GL043996.
27. Tarasenko V., Vinogradov N., Baksht E., Sorokin D. Ionization waves, propagating in opposite directions, as in red sprites // J. Atmos. Sci. Res. 2022. V. 5, N 4. P. 26–36. DOI: 10.24018/ejgeo.2022.3.6.322.
28. Бакшт Е.Х., Виноградов Н.П., Тарасенко В.Ф. Формирование стримеров в неоднородном электрическом поле при низких давлениях воздуха // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 9. С. 777–781. DOI: 10.15372/AOO20220911; Baksht E.K., Vinogradov N.P., Tarasenko V.F. Generation of streamers in an inhomogeneous electric field under low air pressure // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N S1. P. S159–S164. DOI: 10.15372/AOO20220911.
29. Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Виноградов Н.П. Моделирование красных спрайтов с помощью емкостного разряда // Прикладная физика. 2022. № 4. С. 11–17. DOI: 10.51368/1996-0948-2022-4-11-17.
30. Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Виноградов Н.П., Сорокин Д.А. Спектры излучения воздуха низкого давления при диффузном стримерном разряде // Оптика и спектроскопия. 2022. Т. 130, № 12. С. 1769–1777. DOI: 10.21883/OS.2022.12.54080.4014-22.
31. Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Панарин В.А., Виноградов Н.П. Стримеры, инициируемые емкостным разрядом при давлениях воздуха 0,2–6 торр // Физика плазмы. 2023. Т. 49, № 6. С. 590–599. DOI: 10.31857/S0367292123700245, EDN: WYLTGE.
32. Yue J., Russell J., Gan Q., Wang T., Rong P., Garcia R., Mlynczak M. Increasing water vapor in the stratosphere and mesosphere after 2002 // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46, N 22. P. 13452–13460. DOI: 10.1029/2019GL084973.