Nous avons découvert la nature des fantômes atmosphériques

Dans les couches les plus élevées de l’atmosphère se trouvent des fantômes, des elfes, des trolls, des auréoles, des fées, des géants (jets bleus géants) et les jets bleus (jets bleus). Autant de phénomènes atmosphériques extravagants, lumineux et éphémères, dont la nature se révèle peu à peu.

Avec lui GRASSP (spectrographe et polarimètre GRAnada Sprite) Nous étudions les propriétés de la lumière qu’ils émettent et nous avons enregistré plus de 2 000 événements de lumière transitoire (TLE) depuis 2019. De tous, nous n’avons qu’un spectre fantôme (ils sont vraiment insaisissables), mais nous a permis de déterminer les métaux responsables de sa lueur verte passagère.

Observations scientifiques

Ces phénomènes optiques insaisissables se produisent dans le mésosphère et dans la littérature scientifique de la fin du 19e et du début du 20e siècle, leurs observations sont décrites :

« …des éclats de lumière continus… s’élevaient à une altitude considérable, ressemblant plus à des fusées qu’à des éclairs… » (Mackenzie et Toynbee, 1886); “…une traînée lumineuse s’est élevée jusqu’à environ 15 degrés, aussi vite, voire plus vite, qu’une fusée…” (Everett, 1903); “…des éclairs diffus en forme d’éventail de couleur verdâtre qui s’étendent vers le haut dans le ciel clair…” (Wilson, 1956).

En 1989, ils furent immortalisés pour la première fois et de manière aléatoire. Un groupe de chercheurs de l’Université du Minnesota (États-Unis) était en pleine campagne expérimentale pointant vers l’horizon pour calibrer certains équipements de mesure. polarimétrie quand, sans le vouloir, ils enregistrèrent une très brève et grande émission de lumière qui est passé du sommet d’une tempête lointaine dans l’ionosphère.

Le nom des elfes

En raison de sa brièveté et de son comportement insaisissable, en 1993, le professeur de l’Université d’Alaska à Fairbanks, Dave Sentmansuggéra de leur donner le nom d’elfes (lutinen anglais) après avoir assisté à la pièce de Shakespeare Rêve d’une nuit d’étéoù un gobelin nommé Puk apparaît et disparaît comme par magie.

Depuis l’acceptation populaire de ce nom énigmatique pour les elfes, et à mesure que la famille des phénomènes lumineux transitoires (TLE) a acquis des membres en fonction de nouvelles découvertes, ils ont été baptisés de noms fantastiques : elfes, fées, géants (jets bleus géants)… et aussi des fantômes, bien sûr.

Le chasseur de tempête

Et du gobelin rouge au fantôme vert. En mai 2019, le chasseur de tempêtes Hank Schyma a téléchargé une vidéo sur Youtube dans lequel pour la première fois le phénomène atmosphérique décrit par le prix Nobel Charles Thomas Wilson: une lueur verte très diffuse, durant moins d’une seconde, survenue à environ 80 km d’altitude au-dessus d’un sprite de type méduse.

La vidéo est choquante.

Schyma a baptisé ce nouveau TLE fantôme, de l’anglais fantômecomme acronyme de Émissions vertes de l’oxygène excité sur les Sprite Tops.

Car, à cette époque, la principale hypothèse pour expliquer sa verdeur diffuse était les mécanismes de désexcitation de l’oxygène atomique dans la mésosphère, à l’instar de ce qui se produit dans les aurores.

Plus de 2 000 fantômes enregistrés et un seul spectre

Du groupe d’électricité atmosphérique de l’Institut d’Astrophysique d’Andalousie, nous avons décidé d’utiliser notre spectrographe GRASSP (spectrographe et polarimètre GRAnada Sprite) pour analyser la lumière des fantômes et vérifier si l’oxygène était bien responsable de leur verdeur.

Nous avons enregistré plus de 2 000 images et spectres d’événements lumineux transitoires (événements lumineux transitoires en anglais, TLEs) dans la gamme spectrale comprise entre 500 et 600 nanomètres depuis juin 2019.

Et parmi eux, nous n’avons qu’un spectre fantôme. Car il n’est pas facile de capturer le fantôme d’un fantôme.

Nous savons, grâce aux enregistrements d’images TLE, que seul un sprite méduse sur cent porte un fantôme en guise de couronne. Eh bien, pour enregistrer un spectre, nous devons pointer vers la région du ciel où nous imaginons qu’un fantôme va émerger, mais nous n’avons d’informations que sur l’emplacement de la tempête mère, qui doit être à plus de 200 km pour être capable de voir le fantôme à l’horizon.

Nous montrons le ciel, au-dessus de l’orage, et attendons qu’un fantôme apparaisse dans la projection de la fente du spectrographe, qui est très étroite.

Si un fantôme apparaît, mais n’est pas dans la projection de la fente, nous manquons ce spectre, il faut donc beaucoup d’expérience et beaucoup de chance pour chasser le fantôme, car en plus d’être très rares, ils doivent apparaître dans le champ de vision de notre spectrographe.

En près de quatre ans d’enregistrement et plus de 2 000 fantômes gobelins, nous n’en avons que 42 de leur partie supérieure, originaires de la région d’où surgissent les fantômes. Et sur ces 42, un seul a montré un rapport signal/bruit suffisamment fort pour extraire des informations précieuses.

Fer, nickel et sodium

Nous avons enregistré une faible raie spectrale de l’oxygène atomique à 557,7 nm, mais à notre grande surprise, nous avons également enregistré les raies spectrales atomiques du fer à 583,46 nm et 586,72 nm, beaucoup plus intenses que celle de l’oxygène, et la raie spectrale de l’azote moléculaire à 560,80 nm. .

Ces émissions ont une longue durée de vie radiative et, combinées à l’oxygène atomique excité à 557,73 nm, pourraient expliquer la persistance de la lueur verdâtre. Nous avons également trouvé des traces d’autres métaux dans le spectre du fantôme, non seulement du fer, mais aussi du nickel et du sodium. Cette présence de métaux n’est pas nouvelle. En fait, des couches métalliques existent près de la mésopause, en raison de l’ablation météoritique de particules de poussière interplanétaires qui pénètrent à grande vitesse dans l’atmosphère terrestre.

Toutes ces espèces émettent entre 500 et 600 nm, ce qui correspond à la plage spectrale du canal vert de la plupart des capteurs de caméras commerciales, couvrant non seulement le vert (500 – 565 nm), mais aussi le jaune (565 – 590 nm) et un peu d’orange (590 nm). – 600 nm). Notre fantôme était donc vraiment verdâtre, à la limite du jaune, même si dans un appareil photo commercial, il aurait semblé vert.

Enveloppé d’ondes de gravité

Cette nuit-là, nous avons également observé, en arrière-plan des images, une certaine structure sous forme de bandes concentriques qui pourraient indiquer qu’à ce moment-là nous étions dans un scénario d’ondes gravitationnelles, ce qui n’aurait pas de sens, puisque les courants ascendants du Les tempêtes Thunderbolts déclenchent des ondes de gravité, et cet orage était très actif.

Les ondes de gravité peuvent affecter la densité de la limite inférieure nocturne des couches métalliques mésosphériques, ce qui pourrait expliquer pourquoi les fantômes sont si rares.

Nous n’avons pas révélé la nature des fantômes et des esprits de l’au-delà, mais d’un phénomène naturel lumineux dont le spectre n’a jamais été enregistré auparavant. Comme il est unique, nous ne pouvons pour l’instant pas nous appuyer sur ce résultat pour conclure quoi que ce soit. Nous pouvons seulement assurer que les émissions de ce fantôme particulier étaient dues à des métaux, et bien sûr à de l’oxygène et de l’azote.

Nous devons continuer à observer le ciel pour traquer de nouveaux fantômes, et ainsi disposer de davantage de données pour alimenter les modèles théoriques actuels qui fourniront une explication physique aux énigmes de l’atmosphère encore à résoudre.