Une série d'images montrant une forme de jet au-dessus d'une tempête de l'Oklahoma en 2018. (Chris Holmes) L'un des plus puissants et des plus fascinants forces de la nature est né d'orages : de grandes fissures de lumière qui séparent le ciel, projetant de grandes quantités d'électricité dans l'atmosphère environnante, se brisant dans le sol chaque fois qu'elle l'atteint.
Ou c'est ainsi que nous pensons généralement à éclair .
Mais le phénomène a une autre manifestation, seulement révélé relativement récemment : parfois, il jaillit des nuages, frappant la stratosphère dans un formidable 'jet' bleu d'électricité.
On sait peu de choses sur ce phénomène; il est imprévisible et se produit au-delà de la vue de la plupart des gens, au-dessus d'une couche de nuages d'orage.
Mais, grâce à un scientifique citoyen, un de ces jets géants a été enregistré au-dessus des nuages lors d'une tempête dans l'Oklahoma en 2018 - et, avec les données recueillies par d'autres instruments, les scientifiques ont pu l'étudier en détail en trois dimensions.
Le résultat nous donne de nouveaux détails sur cet étrange phénomène, ce qui devrait contribuer à mieux comprendre comment et pourquoi il se produit.
'Nous avons pu cartographier ce jet gigantesque en trois dimensions avec des données de très haute qualité', a déclaré le physicien et ingénieur Levi Boggs de l'Institut de recherche Georgia Tech.
«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. À l'aide de données satellitaires et radar, nous avons pu savoir où se trouvait la partie principale très chaude de la décharge au-dessus du nuage.
Capturé sur un faible éclairage Watec caméra dans la nuit du 14 mai 2018, le jet de foudre était énorme, une énorme décharge qui était clairement visible dans les images capturées.
Lorsque Boggs a pris connaissance des images, il est immédiatement allé chercher des données provenant d'autres instruments susceptibles d'avoir capturé l'événement. Et il y avait une aubaine.
La vidéo Watec du jet de foudre. (Kévin Palivec)
Le jet était à portée de et avait été enregistré par un système de cartographie de la foudre VHF à proximité appelé le Tableau de cartographie Lightning , deux radars météorologiques de nouvelle génération NCEI ( NEXRAD ) emplacements et instruments sur le satellite environnemental opérationnel géostationnaire de la NOAA ( SE REND ).
Cette richesse de données a permis à Boggs et à ses collègues de mener une analyse approfondie reconstituant les complexités du boulon.
'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 le physicien et ingénieur Doug Mach de l'Association de recherche spatiale des universités (USRA).
'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).'
Les données ont révélé que le jet était vraiment un colosse. Il s'est propagé à partir de nuages d'une altitude maximale d'environ 8 kilomètres (5 miles) à des altitudes environ dix fois cette hauteur - presque aussi loin que leLigne Karman, où se termine l'atmosphère terrestre et où commence l'espace extra-atmosphérique.
Ce faisant, il a transporté environ 300 coulombs de charge électrique dans la haute atmosphère ; un éclair nuage-nuage ou nuage-sol typique ne transporte qu'environ 5 coulombs.
L'équipe a également pu vérifier que les leaders - les canaux d'air ionisé le long desquels la décharge de foudre peut être vue - étaient extrêmement chauds, plus de 4 700 degrés Celsius (8 500 Fahrenheit). Pendant ce temps, les plus petits streamers de plasma étaient nettement plus froids, autour de 200 degrés Celsius (400 Fahrenheit).
Ces streamers ont commencé à se propager juste au-dessus du sommet des nuages, a découvert l'équipe, voyageant vers l'ionosphère inférieure, à une altitude d'environ 80 kilomètres. Cela crée une connexion électrique entre les sommets des nuages et l'ionosphère, transférant une charge négative à un taux de milliers d'ampères par seconde.
Les différents instruments ont révélé que la composante optique du jet restait relativement proche du sommet du nuage, à une altitude de 15 à 20 kilomètres. L'émission VHF, cependant, a été détectée beaucoup plus haut, à des altitudes de 22 à 45 kilomètres.
'Les signaux VHF et optiques ont définitivement confirmé ce que les chercheurs avaient soupçonné mais pas encore prouvé, à savoir 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 l'ingénieur Steve Cummer de l'Université Duke.
Cependant, beaucoup de questions demeurent encore. On ne sait toujours pas pourquoi les jets tirent vers le haut lorsque la plupart des éclairs sont dirigés vers le bas ou sur les côtés. Les chercheurs pensent qu'il peut y avoir quelque chose qui empêche la foudre de se déplacer vers le bas ou vers d'autres nuages.
Bien que la tempête de l'Oklahoma ne soit pas du type habituel associé aux jets, car elle s'est produite à des latitudes élevées, plutôt que sous les tropiques, et s'est produite à une période inhabituelle de l'année, elle pourrait donner un indice ici. Très peu d'éclairs vers le bas ont été observés avant le lancement du jet géant.
'Pour une raison quelconque, il y a généralement une suppression des décharges nuage-sol', Boggs a expliqué .
«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 charges négatives excessives dans le nuage.
Espérons que les futurs jets contiennent les réponses.
La recherche a été publiée dans Avancées scientifiques .