红色精灵和蓝色喷流的成因

从1886年最早发现大气闪光现象到以后的100年间没有任何文字图像资料证明这种壮观的红色的大气放电形成的原因，直到1989年7月时任明尼苏达综合大学的物理学教授JohnR.才记录了大气放电时产生红色精灵的影像，从此揭开了蒙在红色精灵脸上100多年的神秘面纱。

一种特殊的大气放电现象是伴随雷暴发生时的红色精灵和蓝色喷流，它们通常发生在雷雨云层顶离地面30～90千米的高空。红色精灵上半部是红色，底部则渐渐转变为蓝色，宽度在5～10千米内，可持续数毫秒到100毫秒的时间。科学家们之所以称其为“红色精灵”是因为这些发光体的颜色是红色，且在空中出现的时间不到1/30秒，有如鬼魅一般难以捉摸。

美国阿拉斯加大学教授WESCOTT等人，1994年夏天用飞机进行红色精灵观测时意外发现，一种形状很像是从喷嘴高速射出的喷流，于是将它命名为蓝色喷流。除了它的颜色是蓝色之外，蓝色喷流持续发光平均时间约0.3秒，比红色精灵要长约20倍，另外蓝色喷流可以很明显看出发光的喷流从云层中间向高空喷出，与在高空发光的红色精灵没有喷射现象完全不同。淘气精灵是红色精灵中一种特殊的类型，它和红色精灵一样，是一种由闪电所引发的高空发光的现象，并具有火红色、向外扩张的圈圈环形。其成因是云对地闪电所发出的电磁脉冲，传递到电离层的底部后，加热该处的分子并使它们发出红色辉光。更精确地说，这种强烈的电磁脉冲是以云对地闪电为中心，以光速传递的电波。当这个电磁脉冲向上传递的部分（圆壳部分）传到75～100千米的高度时，电磁波的电场加速电子，这些被加速后的电子会撞击空气分子并将其提升至可以发光的激发状态。因而产生了以球壳和临界层之交点为轴心，向外扩张的圈圈状光环。

科学家在1886年就发现了红色精灵和蓝色喷流，但一直没有明确的资料证明它们与雷暴和闪电的关系。直到1989年7月6日时任明尼苏达综合大学的物理学教授JohnR，利用一台低光度摄影机记录了一道跳跃的火焰。在回放时他和他的两名研究生惊讶地发现在图像中有两个巨型的闪光出现在北明尼苏达的天空上。之后他们很快地证明了在雷云之上的一种特殊的闪电形成了红色精灵和蓝色喷流，也揭开了它们近一个世纪的神秘面纱。

近年来所发现数种由闪电所引发的中高空发光现象有很多，而“红色精灵”就是其中之一，其可能的成因简示如下：一般闪电是源自带着负电荷的云层底部，并向下落至地表。偶尔，源自云层顶端积蓄的大量正电荷是闪电，因此闪电发生后，电离层和云层顶有着很强大的电场，也因此吸引着电子向上移动。在移动的过程中会和气体分子碰撞，而如果产生的电场够强而且周围的空气够稀薄，在和空气分子撞击之前，电子可以获得相当高的能量，可当电子撞击空气分子时，会把它们撞到激发状态，让分子发出辉光，产生红色精灵这种高空短暂发光现象。理论上，这种现象发生于40～90千米的高空中。人类的肉眼可以看到最亮的红色精灵，但长久以来并不为人们所知，究其原因在于它是发生在极端明亮的云对地闪电之后，因此上述的现象并不会特别引起科学家们的注意。红色精灵出现的概率很低且发光的时间通常持续不到1/30秒，亮度通常也不很明亮，因此，科学家必须使用高感光度的摄影机，持续对雷雨云的上空录像，才能记录到这种高空短暂发光现象。1994年Sentman和Wescott在飞机高空中飞越强烈的风暴之上，为捕捉红色精灵期间利用高灵敏度的照相机意外拍摄到并且使第一次记录到“蓝色喷流”这种怪异的现象。由这些照片可以得知这种光以秒速120千米自云层顶端向上喷出，目前研究学者们正致力于找出可完整地解释其成因的理论。

在国际上已经有超过20个组织和团体在世界不同的地方研究红色精灵这一现象，除著名的NASA和明尼苏达大学外，位于美国科罗拉多州的Sky-Fire公司在大气物理研究和对红色精灵的研究也卓有成就，Sky-Fire公司对红色精灵和蓝色喷流有着大量和细致的研究，并且也有专门的人员负责调查和收集世界各地关于红色精灵和蓝色喷流方面的资料，目前，在我国台湾省也有一支由成功大学物理系和其他学术团体组成的红色精灵研究团队，在高空大气闪电的研究方面也有很大的成就。