Jason Ahrns, um estudante de graduação da Universidade do Alasca-Fairbanks, e outros cientistas da Academia da Força Aérea dos EUA e do Fort Lewis College - todos parte de um projeto patrocinado pela National Science Foundation - estão em uma missão. Neste verão, o grupo chegou aos céus na aeronave de pesquisa Gulfstream V do National Center for Atmospheric Research, registrando um total de 30 horas em vários vôos, em busca de sprites.
Sprites, também conhecidos como raios vermelhos, são descargas elétricas que aparecem como rajadas de luz vermelha acima das nuvens durante tempestades.Porque o fenômeno climático é tão fugaz (sprites piscam por apenas milissegundos) e na maior parte não visível do solo, eles são difícil de observar e ainda mais difícil de fotografar, mais ou menos como os espíritos aéreos travessos do reino da fantasia pelos quais eles são nomeados. Ahrns e seus colegas, no entanto, capturaram fotografias extremamente raras do raio vermelho, usando câmeras DSLR e câmeras de vídeo de alta velocidade posicionadas na janela do avião. Os pesquisadores esperam aprender mais sobre os processos físicos e químicos que dão origem a sprites e outras formas de raios atmosféricos superiores.
Como é capturar imagens de alguns dos recursos mais imprevisíveis e de curta duração da natureza? Eu questionei Ahrns por e-mail, e ele explicou o que são sprites, por que eles ocorrem, como os cientistas os encontram e por que ele está tão interessado nos fenômenos evasivos.
Primeiro de tudo, o que é um sprite?
Um sprite é um tipo de descarga elétrica da atmosfera superior associada a tempestades. Um grande campo elétrico, gerado por alguns relâmpagos, ioniza o ar bem acima da nuvem, que então emite a luz que vemos nas imagens. Eles obviamente pedem a comparação com os relâmpagos regulares que vemos o tempo todo, mas eu gostaria de salientar que os sprites são muito mais altos, com os topos chegando a cerca de 100 quilômetros e acima. Um raio pode se estender por cerca de 10 quilômetros da nuvem até o solo, mas um sprite pode chegar a 50 quilômetros de altura.
Um sprite de "água-viva" capturado no Condado de Republic, Kansas, em 3 de agosto de 2013. Imagem cortesia de Jason Ahrns via Flickr.
Em que condições eles ocorrem?
Eles estão associados a raios positivos, que são quando a nuvem tem um acúmulo de carga positiva e libera um raio. Traços negativos, a partir de um acúmulo de carga negativa, são cerca de 10 vezes mais comuns, portanto, os sprites não são fortemente associados ao tipo mais comum de raios, mas também não é tão incomum. Mais do que apenas um golpe positivo, quanto mais carga foi movida durante o golpe, maiores as chances de um sprite. Assim, procuramos uma grande mudança positiva no momento da carga, que é basicamente os golpes positivos ponderados pela quantidade de carga que foi movimentada. A maioria das grandes tempestades parece produzir as condições que levam aos sprites, mas algumas mais do que outras. Nós apenas procuramos por uma tempestade com uma história de muita mudança positiva de carga-momento e vamos dar uma olhada nela.
Qual é o seu conhecimento científico? E como você se interessou por sprites?
Sou basicamente um pesquisador de auroras, é sobre isso que estou fazendo minha tese na UAF. Eu me envolvi em sprites porque um dos membros do meu comitê de graduação está organizando essas campanhas e precisava de ajuda extra. Eu achava que sprites eram fascinantes, e meu orientador me apoiava ramificando um pouco, então eu pulei para dentro do time.
Sprites sobre Red Willow County, Nebraska, em 12 de agosto de 2013. Imagem cortesia de Jason Ahrns via Flickr.
Pelo que entendi, não se sabe muito sobre o raio vermelho, descoberto há apenas 25 anos. Com o projeto da NSF, o que você e os outros cientistas esperam aprender? Quais são as maiores dúvidas que você tem?
Com esta campanha, estamos nos concentrando em três questões. Primeiro, quais processos físicos e químicos básicos estão ocorrendo? Ainda não está claro o que exatamente está acontecendo em um sprite, e por que existem diferentes tipos de sprites, e quais condições lhe dão um sprite de coluna contra um sprite de cenoura, por exemplo. (Todos os nomes de sprites referem-se apenas à sua forma). Em seguida, os sprites têm um impacto de grande escala na atmosfera média? Sprites representam claramente algum tipo de transferência de energia, mas é em uma escala que tem um efeito significativo sobre o clima e clima? Não podemos responder a isso sem estudá-los. E então, o que podemos aprender sobre física básica de streamer? As gavinhas que saem do fundo dos sprites são "serpentinas" - pequenas bolas de ionização - movendo-se. A velocidade e o tempo de vida da flâmula estão relacionados à densidade do ar, portanto, estudar sprites na atmosfera superior de densidade muito baixa é como olhar para flâmulas com uma lupa em câmera lenta, embora eles ainda sejam muito rápidos!
Em quantas missões de caça aos sprites você já esteve?
Pessoalmente, esta é minha segunda campanha aérea. O primeiro, em 2011, voou um total de 40 horas no ar, e essa campanha durou mais 30 horas. São provavelmente cerca de 15 voos no total. A mesma equipe, menos eu, fez outra campanha aérea em 2009.
Ahrns capturou esses jatos azuis, que parecem chamas de um isqueiro de butano, em Republic County, Kansas, em 3 de agosto de 2013. Ao contrário dos sprites, os jatos azuis não são diretamente acionados por raios, mas parecem estar relacionados à presença de tempestades de granizo. Imagem cortesia de Jason Ahrns via Flickr.
Quais condições, horários do dia, áreas do país e altitudes são ideais para esses voos?
O centro-oeste é produtivo, principalmente porque recebe essas poderosas tempestades que duram a noite toda. Obviamente, precisamos que seja escuro, mas fora isso a hora da noite não parece importar muito, apenas quão forte é a tempestade e quanto raios positivos poderosos estão produzindo. Notamos que, quando a tempestade está indo bem, produz os sprites de coluna e os sprites de cenoura, mas à medida que morre, parece mudar para sprites de águas-vivas menos frequentes, porém maiores e mais brilhantes. Voamos o mais alto possível, geralmente entre 41.000 e 45.000 pés, mas isso é simplesmente para ter uma visão das nuvens. Ainda estamos abaixo dos sprites.
O raio dura apenas milissegundos, então estou especialmente curioso sobre como você o fotografa. Que equipamento você usa?
Para as fotos estáticas, eu simplesmente coloco minha câmera (uma Nikon D7000 e uma lente rápida) de frente para fora da janela e estabeleço um intervalômetro para que a câmera tire fotos constantemente. Então eu passo depois e apago tudo que não tem um sprite nele. É o mesmo princípio da fotografia relâmpago; parece que você teria que acertar na hora certa, mas é apenas estatístico, se você tira um monte de fotos, uma delas vai pegar algo mais cedo ou mais tarde. Eu provavelmente tiro a ordem de 1.000 fotos para cada sprite que eu sair.
Para as câmeras de vídeo de alta velocidade, a câmera tem um buffer que percorre constantemente os quadros anteriores de vídeo, e quando eu vejo um sprite eu acerto um gatilho que diz à câmera para parar e salvar o que acabou de gravar. Quando estamos rodando a 10.000 quadros por segundo, o buffer fica cheio em cerca de um segundo, então é por quanto tempo eu tenho que reconhecer um sprite e apertar o botão. Isso pode ser bastante desgastante em uma noite lenta, quando você tem que assistir a nada acontecer por 45 minutos seguidos e ainda estar pronto com menos de um segundo de tempo de reação.
Você pode descrever a configuração? Como você tira fotos da janela do avião?
Uma imagem vale mais que mil palavras, certo?
Ahrns está perto da janela do avião. Imagem cortesia de Jason Ahrns via Flickr.
E para o vídeo de alta velocidade…
Sua configuração para capturar vídeo de alta velocidade. Imagem cortesia de Jason Ahrns via Flickr.
Temos uma conexão com a Internet a bordo para que possamos observar as condições climáticas em tempo real. Apenas apontamos as câmeras acima para a parte mais produtiva da tempestade e esperamos pelos sprites.
Quão raras são fotos como estas que você tirou?
Tanto quanto eu posso dizer, eles são muito raros. Há algumas imagens de sprites tiradas com câmeras de meteoros e webcams por aí, mas elas geralmente são de baixa resolução por estarem muito distantes e usar uma lente grande angular. Eu vi duas ou três imagens de sprites tiradas com uma DSLR, mas elas ainda estão no chão e a uma boa distância, e geralmente são disparadas de algo que teve sorte com um sprite no fundo. Eu tenho a vantagem de estar no ar, perto da região produtora de sprites, com um bom palpite de onde os sprites aparecerão, então eu posso usar uma lente com um campo de visão mais estreito para capturar o sprite de perto.
Quanto às imagens que tenho dos jatos azuis, até onde posso dizer, são na verdade as primeiras imagens de jatos feitos com uma DSLR. Isso faz algum sentido, porque os jatos estão muito mais próximos do topo das nuvens do que os sprites, muito mais difíceis de ver do chão. Estar no ar é uma grande vantagem.
Tomado sobre o condado de Willow vermelho, Nebraska, o 12 de agosto de 2013. Imagem cortesia de Jason Ahrns via Flickr.
O que você acha ardiloso sobre as imagens?
Eu acho que há uma falta de clareza em relação a eles. Tome este (acima), por exemplo. Você tem esse belo campo sereno e alguma luz azul refrescante que vem do relâmpago abaixo. Então BLAM! Esse esquisito estranho, ameaçador e totalmente alienígena apenas toma conta de toda a cena, como 'eu estou aqui, o que você vai fazer sobre isso?'
Hans Nielsen, o investigador principal da campanha (e meu anteriormente mencionado membro do comitê), diz que este (abaixo) o lembra das pinturas holandesas clássicas, com seus tons sépia e um leve borrão da neblina atmosférica.
Tomada sobre o condado canadense, Oklahoma, em 6 de agosto de 2013. Imagem cortesia de Jason Ahrns via Flickr.
O que você aprendeu até agora sobre os sprites participando deste projeto?
Pessoalmente? Quando entrei na campanha de 2011, não sabia nada sobre sprites além da entrada da Wikipedia. Eu aprendo mais todas as noites das campanhas, ouvindo os outros falarem sobre as condições de antemão, o que estamos vendo durante os vôos e nossas discussões sobre o que fizemos certo, o que fizemos de errado sobre a cerveja pós-voo. Eu ainda sou um novato em comparação com os outros caras, mas agora estou no ponto em que posso responder à maioria das perguntas gerais sobre sprites e caça aos sprites.
Onde e quando você está voando em seguida?
Nada é definitivo, mas gostaríamos de voar novamente no próximo verão. Espero que possamos fazer isso acontecer.
