Sprite (rayo)

Los sprites o sprites rojos son descargas eléctricas a gran escala que ocurren en la mesosfera , muy por encima de las nubes de tormenta o cumulonimbos , dando lugar a una variada gama de formas visuales que parpadean en el cielo nocturno. Generalmente se desencadenan por las descargas de rayos positivos entre una nube de tormenta subyacente y el suelo.

Los sprites aparecen como destellos luminosos de color rojo anaranjado. Suelen aparecer en grupos por encima de la troposfera , a una altitud de entre 50 y 90 km (31 y 56 millas) . Los informes visuales esporádicos de sprites se remontan al menos a 1886. ^{[ 1 ]} Fueron fotografiados por primera vez el 4 de julio de 1989, ^{[ 2 ]} por científicos de la Universidad de Minnesota y, posteriormente, han sido capturados en grabaciones de vídeo miles de veces.  

A veces, los sprites se denominan erróneamente relámpagos de la atmósfera superior . Sin embargo, son fenómenos de plasma frío que carecen de las temperaturas de canal caliente de los relámpagos troposféricos , por lo que se asemejan más a las descargas de tubos fluorescentes que a las descargas de relámpagos. Los sprites están asociados con otros fenómenos ópticos de la atmósfera superior , como los chorros azules y los ELVES . ^{[ 1 ]}

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  Un pequeño objeto celeste en el horizonte, con relámpagos debajo en la troposfera y por encima de la línea verde de luminiscencia atmosférica en la mesopausa superior y el límite con el espacio (la luz brillante de arriba es la Luna).
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  Primera imagen en color de un sprite, tomada desde una aeronave.
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  Un espíritu sobre Laos , visto desde la Estación Espacial Internacional.
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  Sprites sobre los Alpes, cerca de Triglav , representados en una pila de imágenes de la cámara HR000P de la red global de meteoros (23-09-2020).

El primer informe conocido es de Toynbee y Mackenzie en 1886. ^{[ 3 ]} El premio Nobel CTR Wilson había sugerido en 1925, basándose en fundamentos teóricos, que podría producirse una ruptura eléctrica en la atmósfera superior, y en 1956 presenció lo que posiblemente pudo haber sido un sprite. Fueron documentados fotográficamente por primera vez el 6 de julio de 1989, cuando científicos de la Universidad de Minnesota , utilizando una cámara de vídeo de baja luminosidad, capturaron accidentalmente la primera imagen de lo que posteriormente se conocería como un sprite. ^{[ 4 ]}

Varios años después de su descubrimiento, fueron denominados sprites (espíritus del aire) en honor a la entidad mitológica homónima, debido a su naturaleza esquiva. ^{[ 5 ]} Desde la captura de video de 1989, los sprites han sido fotografiados desde tierra, desde aeronaves y desde el espacio, y se han convertido en objeto de intensas investigaciones. Un video de alta velocidad capturado por Thomas Ashcraft , Jacob L Harley, Matthew G McHarg y Hans Nielsen en 2019 a aproximadamente 100 000 fotogramas por segundo proporcionó algunas observaciones sobre cómo se desarrollan los sprites. Sin embargo, según el blog APOD de la NASA, a pesar de haber sido registrados en fotografías y videos durante más de 30 años, la "causa raíz" de los relámpagos sprite sigue siendo desconocida, "aparte de una asociación general con los relámpagos nube-tierra positivos". La NASA también señala que no todas las tormentas presentan relámpagos sprite. ^{[ 6 ]}

En 2016, se observaron duendes durante el paso del huracán Matthew por el Caribe. ^{[ 7 ]} Actualmente se desconoce el papel de los duendes en los ciclones tropicales. ^{[ 8 ]}

Desde 2022, la NASA opera un sitio web y una base de datos de ciencia ciudadana llamado Spritacular que recopila y estudia imágenes de sprites tomadas por ciudadanos. ^{[ 9 ]}

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  Diferentes tipos de fenómenos eléctricos en la atmósfera
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  Un duende visto desde la Estación Espacial Internacional (arriba a la derecha, rojo tenue sobre el relámpago).
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  Imagen del sprite de la ISS arriba; ampliada
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  Otra captura del primer clip a color del sprite.

Se han observado sprites sobre América del Norte , ^{[ 10 ]} América Central , América del Sur , ^{[ 11 ]} Europa , ^{[ 12 ]} África Central ( Zaire ), Australia , el Mar de Japón y Asia y se cree que ocurren durante la mayoría de los grandes sistemas de tormentas eléctricas.

Rodger (1999) clasificó tres tipos de sprites según su apariencia visual. ^{[ 1 ]}

• Sprite medusa: muy grande, de hasta 50 por 50 km (31 por 31 millas) .  
• Sprite columnar (C-sprite): descargas eléctricas a gran escala sobre la Tierra que aún no se comprenden del todo.
• Espíritu de zanahoria: un espíritu columnar con largos zarcillos.

Los sprites son de color rojo anaranjado ^{[ 5 ]} en sus regiones superiores, con filamentos azules colgantes en la parte inferior, y pueden estar precedidos por un halo rojizo. Duran más que las descargas normales de la baja estratosfera, que suelen durar unos pocos milisegundos, y generalmente se desencadenan por las descargas de rayos positivos entre la nube de tormenta y el suelo, ^{[ 13 ]} aunque también se han observado sprites generados por descargas negativas en tierra. ^{[ 14 ]} A menudo aparecen en grupos de dos o más, y suelen abarcar el rango de altitud de 50 a 90 kilómetros (31 a 56 millas) , con lo que parecen ser filamentos colgando en la parte inferior y ramas que se extienden hacia arriba. ^{[ 5 ]} 

Las imágenes ópticas obtenidas con una cámara de alta velocidad de 10 000 fotogramas por segundo mostraron que los sprites son en realidad cúmulos de pequeñas bolas de ionización de escala decamétrica ( 10–100 m o 33–328 pies ) que se lanzan a una altitud de unos 80 km (50 millas) y luego se mueven hacia abajo a velocidades de hasta el diez por ciento de la velocidad de la luz , seguidas unos milisegundos después por un conjunto separado de bolas de ionización que se mueven hacia arriba. ^{[ 15 ]} Los sprites pueden estar desplazados horizontalmente hasta 50 km (31 millas) de la ubicación del rayo subyacente, con un retraso de tiempo después del rayo que suele ser de unos pocos milisegundos, pero en raras ocasiones puede ser de hasta 100 milisegundos.      

Para filmar sprites desde la Tierra, deben darse condiciones especiales: entre 150 y 500 km (93 y 311 millas) de visión despejada hacia una tormenta eléctrica potente con relámpagos positivos entre la nube y el suelo, equipo de grabación sensible al rojo y un cielo negro sin iluminación. ^{[ 16 ]}  

Los sprites se producen cerca de la parte superior de la mesosfera , a unos 80 km de altitud, en respuesta al campo eléctrico generado por los relámpagos en las tormentas eléctricas subyacentes. Cuando un rayo positivo suficientemente grande transporta cargas al suelo, la parte superior de la nube queda con una carga neta fuertemente negativa. Esto puede modelarse como un dipolo eléctrico cuasiestático y, durante menos de 10 milisegundos, se genera un fuerte campo eléctrico en la región por encima de la tormenta eléctrica. En la baja presión de la mesosfera superior, el voltaje de ruptura se reduce drásticamente, lo que permite que se produzca una avalancha de electrones . ^{[ 17 ] [ 18 ]} Los sprites obtienen su característico color rojo de la excitación del nitrógeno en el entorno de baja presión de la mesosfera superior. A presiones tan bajas, la extinción por oxígeno atómico es mucho más rápida que la del nitrógeno, lo que permite que las emisiones de nitrógeno dominen a pesar de no haber diferencia en la composición. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Los sprites a veces van precedidos, por aproximadamente 1 milisegundo, por un halo de sprite , una región con forma de panqueque de emisiones ópticas débiles y transitorias de aproximadamente 50 kilómetros (31 mi) de ancho y 10 kilómetros (6,2 mi) de espesor. El halo está centrado a unos 70 kilómetros (43 mi) de altitud sobre el rayo que lo inicia. Se cree que estos halos se producen por el mismo proceso físico que produce los sprites, pero para el cual la ionización es demasiado débil para cruzar el umbral requerido para la formación de serpentinas. A veces se confunden con ELVES , debido a su similitud visual y corta duración. ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}   

Una investigación realizada en la Universidad de Stanford en el año 2000 indica que, a diferencia de los sprites con una brillante estructura columnar vertical, la aparición de halos de sprites no es inusual en asociación con descargas de rayos normales (negativas). ^{[ 23 ]} Una investigación realizada en 2004 por científicos de la Universidad de Tohoku encontró que las emisiones de muy baja frecuencia ocurren al mismo tiempo que el sprite, lo que indica que una descarga dentro de la nube puede generar los sprites. ^{[ 24 ]}

Se ha culpado a los sprites de accidentes inexplicables que involucran operaciones vehiculares a gran altitud sobre tormentas eléctricas. Un ejemplo de esto es el mal funcionamiento de un globo estratosférico de la NASA lanzado el 6 de junio de 1989 desde Palestine, Texas . El globo sufrió una liberación no controlada de su carga útil mientras volaba a 120 000 pies (37 000 m) sobre una tormenta eléctrica cerca de Graham, Texas . Meses después del accidente, una investigación concluyó que un "rayo" que viajaba hacia arriba desde las nubes provocó el incidente. ^{[ 25 ]} La atribución del accidente a un sprite se hizo retroactivamente, ya que este término no se acuñó hasta finales de 1993. 

• Rayos en la atmósfera superior (incluye chorros azules)
• Aurora (astronomía)
• Rayos de catatumbo
• Fenómenos visuales de rayos cósmicos

• "Red Sprites & Blue Jets" – una captura digital del video VHS distribuido en 1994 por la Universidad de Alaska Fairbanks que popularizó los términos
• "Duendes rojos y aviones azules" . Archivado del original el 14 de septiembre de 2002. Consultado el 20 de agosto de 2012 .– página web de la Universidad de Alaska Fairbanks
• Observaciones terrestres y desde globos aerostáticos de sprites y chorros de agua.
• Grupo de Física Espacial Darwin Sprites '97 , Universidad de Otago
• Imágenes y artículos sobre Sprites, jets y TLE.
• Sprites en Europa: Blog de colaboradores europeos
• Kanmae, T.; Stenbaek-Nielsen, HC; McHarg, MG; Haaland, RK (2010). "Observación de espectros de sprites azules a 10 000 fps" . Geophys. Res. Lett . 37 (13): L13808. Bibcode : 2010GeoRL..3713808K . doi : 10.1029/2010GL043739 .
• "Misterioso duende fotografiado por un astronauta de la ISS: Gran Foto" . Discovery News . Archivado del original el 14 de julio de 2012. Consultado el 13 de julio de 2012 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace )
• Breve biografía profesional del Dr. 'Geoff' McHarg
• El sitio web de fotografía Petapixel publicó un enlace a una fotografía muy rara y nítida de un duende, tomada por el fotógrafo Mike Hollingshead. Artículo en: Fotógrafo captura una fotografía rara de un duende con una aurora boreal.
• En el borde del espacio : un programa de NOVA que examina el fenómeno de los duendes.
• Duendes rojos sobre el mar Adriático vistos desde la República Checa (14 de enero de 2019)