我们的大气好似一个巨型电路：雷暴云层是为其蓄电的电池，而闪电则是穿梭其中的电流。当闪电撕裂长空猛击地面，或点亮雷雨云的瞬间，我们得以窥见这电路回路的存在，但在云巅之上，藏匿着一座游弋着“红色精灵”，“淘气精灵”与“蓝色喷流”的电气奇观秘园。

这些天马行空的术语，指的是雷暴发生时出现在地球高层大气的光象奇观——瞬态发光事件(TLEs)。

“瞬态发光事件是如此神秘、美丽，与常规闪电截然不同，它们在一个戏剧性的时刻联结上了气象、宇宙和电能。它们在云巅显现，悄无声息，甚至多数人都无法看见——但它们反映了雷暴深处展开的强大能量过程。”中国科学技术大学研究瞬态发光事件的博士生黄海亮说道。

1989年，对这类事件的首次摄影观测捕捉到了眨眼间划过天空的红色闪光。这些奇观被称作“红色精灵”，名字灵感来源于莎士比亚《仲夏夜之梦》中的角色。随着研究人员不断发现全新的瞬态发光事件类型，更多其他童话中的名字混进了其中。

时至今日，科学家们仍在致力于理解这些奇妙现象——了解其背后的成因、产生的频次以及它们本身所蕴含的关于地球大气的知识。

图为2024年12月拍摄于密西西比的“红色精灵”。这是迄今研究人员和摄影师观察到的最常见的瞬态发光事件。｜摄影：PAUL SMITH

图为2023年6月在堪萨斯抓拍到的“红色精灵”。目击者描述，那些闪电就像胡萝卜或水母。｜摄影：PAUL SMITH

红色精灵究竟是什么

如同追逐风暴一样，一些摄影师们也开始追逐起“精灵”，致力于在夜间雷暴云层之上搜寻难以捉摸的“红色精灵”和其他瞬态发光事件。

人们能在欧洲近海和美国大平原的雷暴中找到“红色精灵”。但在2022年，天文摄影师安久和董书畅捕捉到了105道“红色精灵”，这是在亚洲南部地区单次雷暴中最大数量的“红色精灵”目击。这次研究的报告发表在期刊《大气科学进展》(Advances in Atmospheric Sciences, AAS)上。

“‘红色精灵’是最具标志性的瞬态发光事件。”

该文章的第一作者黄海亮表示。

它们在细长的根状红色条纹系统中闪烁了几分之一秒。

这种现象是由击中地面的正极闪电引发的，由此产生的电场可以抵达地面上方约50至90千米的大气层。

在喜马拉雅山脉以北的青藏高原，雷暴极为常见。海拔高度的剧变产生了强对流，湿润空气的翻腾又创造了云——这正是研究瞬态发光事件的绝佳实验室。然而直至2022年安久与董书畅拍下风暴照片之前，还无人在这里捕捉到瞬态发光现象。

黄海亮和他的合作者、中国科技大学的大气物理学家陆高鹏开发了一种方法，来同步安久和董书畅在青藏高原所拍摄的视频与图像。通过运用卫星数据和夜间星图来确定每个视频帧的时间戳，研究团队将大约70%已证实的“精灵”现象与触发它们的母体闪电一一对应起来。

对黄海亮而言，这些结果证明了业余观测的科学价值。“这个领域能让专业的科研人员和充满激情的业余爱好者汇聚一堂，并肩工作以了解这些短暂又深邃的事物。这实在令人兴奋。”

除开摄影师们抓拍到的海量“红色精灵”，喜马拉雅风暴中还出现了更罕见的瞬态发光事件：“喷流”和“幽灵”。

研究团队发现了16个次级喷流，可见到通常呈蓝色或紫色的粗大光柱冲上天空。团队还发现了至少4种“幽灵”现象，朦胧的绿光有时在“红色精灵”上方盘旋。

“虽然‘精灵’(及其他瞬态发光事件)在高层大气中显得脆弱又缄默，但它们常与强大甚至毁灭性的天气系统有关。”黄海亮表示。“理解它们不仅是为了满足我们对于高层大气的好奇心，更是为了帮助我们学习更多我们在地球上会遭遇的风暴。”

瞬态发光事件的数据库

不同类型的瞬态发光事件基于海拔高度、触发的闪电类型和大气中的化学物质而变，但每种瞬态发光事件的确切成因仍未得到证实。自2022年以来，美国国家航空航天局(NASA)的“精灵探测”(Spritacular)项目一直尝试捕捉这种变化。这项计划依赖于业余爱好者——数以百计的公民科学家提供的数据。

NASA戈达德太空飞行中心的大气物理学家布尔库•科萨尔领导了该项目。“我已见过公众在全球所捕捉到的精彩图片。它们零星散布于互联网之上，然而科学界大多对此一无所知。”科萨尔说道，“‘精灵探测’是为了弥合这一差距，通过创建第一个众包的‘精灵’和其他瞬态发光事件的数据库，将公众与科学界联系起来。”

人们能在美国大平原和中西部的雷暴上发现瞬态发光事件。这张照片于2020年6月19日拍摄于堪萨斯州。｜摄影：PAUL SMITH

“精灵探测”邀请志愿者们提交他们在世界各地拍摄到的瞬态发光事件图像。他们已经收集到来自20个不同国家将近900名用户提交的700来份成果。

该项目旨在收集广泛的瞬态发光事件证据，因为之前大多数的目击事件仅仅只是昙花一现。

如果能收集到数量足够多的观测数据，库尔萨和她的团队就可以开始识别数据中的模式与趋势，进而研究如

“幽灵”和“喷流”等更为罕见的瞬态发光事件。理解瞬态发光事件还能够促进我们对其他行星的了解。

NASA“朱诺号”木星探测计划传回来的数据表明，“精灵”(Sprites)和被称为“淘气精灵”(ELVES)的神秘光环在木星的大气中也有出现。

因为瞬态发光事件在自然界中极其短暂，科尔萨与她的合作者、匈牙利地球物理与空间科学研究所(ELKH EPSS)科研人员约瑟夫•博尔一致认为，他们项目的优势来源于“精灵探测”项目的志愿者们。“我认为正是社会化的力量使精灵探测项目在与瞬态发光事件相关的科学工作中变得强而有力。”

气候如何影响瞬态发光事件

推动研究的社区努力可以帮助解答最为紧迫的问题之一——气候变化如何影响

“精灵”和其他瞬态发光事件的产生。

“因全球温度上升导致的气候变化将对雷暴云层的强度与频率造成影响，并导致更强的闪电活动，以上这些全都是瞬态发光事件造成的前因。”库尔萨表示。

“细节如何实现仍是一个活跃的研究领域。但‘研究瞬态发光事件’这件事本身，对于追踪我们的大气变化可能变得更加重要了。”

与气候和太空学家们的合作，了解不断变化的风暴模式如何影响全球的瞬态发光事件活动，也是中国团队的下一个任务。对于黄海亮而言，能成为研究这份领域的一份子已足够激动人心：

“感觉像是探索在大气的边界。每一次观测都像是从太空边缘捕捉到一个罕见而短暂的信号——它不仅能带来视觉震撼，还有明确的物理意义。”