สไปร์ท (Sprites) หรือ แสงวาบสีแดง ที่เกิดขึ้นสูงเหนือ พายุฝนฟ้าคะนอง (thunderstorm) จัดอยู่ในกลุ่มของ ปรากฏการณ์เรืองแสงชั่วคราวในบรรยากาศ (Transient Luminous Events หรือ TLE) ซึ่งเป็นกลุ่มปรากฏการณ์ทางแสงในชั้นบรรยากาศตอนบน เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงกับชั้นไอโอโนสเฟียร์ แม้ว่าสายฟ้าฟาดทั่วไปจะเกิดใน ชั้นโทรโพสเฟียร์ (Troposphere) หรือชั้นบรรยากาศใกล้พื้นโลก แต่สไปร์ทจะปรากฏสูงกว่าเมฆพายุที่ระดับความสูงระหว่าง 50–90 กิโลเมตร

ลักษณะของสไปร์ท 1) สีและรูปร่าง สไปร์ทมักมีสีแดงอมส้ม เนื่องจากการกระตุ้น โมเลกุลไนโตรเจน ในชั้นบรรยากาศตอนบน รูปร่างมีหลายแบบ เช่น แบบแมงกะพรุน แบบแครอท และแบบเสา 2) ระยะเวลาของการเกิด สไปร์ทปรากฏเพียงไม่กี่มิลลิวินาที ทำให้การสังเกตด้วยตาเปล่ายาก ต้องใช้กล้องความเร็วสูงในการจับภาพ และ 3) ขนาดของสไปร์ท สามารถครอบคลุมพื้นที่แนวตั้งและแนวนอนถึง 50 กิโลเมตร

ปรากฏการณ์สไปร์ทไม่ใช่สิ่งใหม่ หลักฐานในประวัติศาสตร์ เช่น บันทึกจากนักบินหรือผู้สังเกตการณ์บอกเป็นนัยว่าสไปร์ทอาจถูกพบมานานหลายศตวรรษ แต่การศึกษาทางวิทยาศาสตร์อย่างจริงจังเริ่มต้นในศตวรรษที่ 20 เท่านั้น ซึ่งก่อนการค้นพบอย่างเป็นทางการ สไปร์ทมักถูกมองว่าเป็นภาพลวงตาหรือสิ่งที่จินตนาการขึ้นจากตาผู้สังเกตการณ์ เนื่องจากไม่มีหลักฐานที่ชัดเจนทำให้หลายคนในวงการวิทยาศาสตร์ยังไม่ยอมรับ

การค้นพบครั้งแรกทางวิทยาศาสตร์ ในปี ค.ศ. 1989 ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยมินนิโซตา นำโดย จอห์น อาร์. วินคล์เลอร์ บันทึกภาพสไปร์ทได้ครั้งแรกเหนือพายุในรัฐโอกลาโฮมา นับเป็นก้าวสำคัญในการศึกษาปรากฏการณ์นี้

การเกิดสไปร์ท

สไปร์ท (Sprites) เกิดจากปฏิกิริยาที่ซับซ้อนระหว่างฟ้าผ่ากับก๊าซที่อยู่ในชั้นบรรยากาศตอนบน เมื่อเกิดฟ้าผ่าแรงสูงโดยเฉพาะฟ้าผ่าจากเมฆลงสู่พื้นดินชนิดประจุบวก (Positive Cloud-to-Ground Lightning) จะสร้างสนามไฟฟ้าแรงสูงในชั้นไอโอโนสเฟียร์ ทำให้อิเล็กตรอนถูกเร่งความเร็วและชนกับโมเลกุลไนโตรเจนจนเกิดการปลดปล่อยแสงสีแดง ปัจจัยสำคัญในการเกิดสไปร์ท ได้แก่

1) ชนิดของฟ้าผ่า ฟ้าผ่าประจุบวกเป็นตัวขับเคลื่อนหลักในการเกิดสไปร์ท ฟ้าผ่าประเภทนี้มีเพียง 10% ของฟ้าผ่าทั้งหมดแต่สร้างกระแสไฟฟ้าสูงกว่าแบบประจุลบ

2) สภาพชั้นบรรยากาศ ความหนาแน่นและองค์ประกอบของก๊าซในชั้นบรรยากาศตอนบนส่งผลต่อความเข้มของแสงสไปร์ท

3) สนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากฟ้าผ่าทำหน้าที่เป็นตัวเร่งให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่และชนโมเลกุลไนโตรเจน

เพิ่มเติม : พายุฝนฟ้าคะนอง (thunderstorm)

• ฟ้าแลบ (lightning) เกิดจาก ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่จากก้อนเมฆสู่ก้อนเมฆ ซึ่งโดยส่วนใหญ่เมฆด้านบนเป็นประจุบวก ในขณะที่เมฆด้านล่างโดยส่วนใหญ่เป็นประจุลบ (บน + ล่าง –)
• ฟ้าร้อง (thunder) ประกายไฟฟ้าของฟ้าแลบทำให้อากาศอุณหภูมิสูงขึ้น 25,000 ^oC อย่างทันทีทันใด อากาศขยายตัวรวดเร็วและรุนแรง เกิดเป็นเสียงฟ้าร้อง ซึ่งทั้งฟ้าแลบและฟ้าร้องจะเกิดขึ้นพร้อมกัน แต่ที่เราเห็นฟ้าแลบก่อนได้ยินเสียงฟ้าร้อง เนื่องจากแสงเดินทางเร็วกว่าเสียง
• ฟ้าผ่า (thunderbolt) เป็นปรากฏการที่มักจะเกิดควบคู่ไปกับฟ้าแลบและฟ้าร้อง เนื่องจาก ประจุไฟฟ้าหลุดออกมาจากกลุ่มเมฆฝน และถ่ายเทลงสู่พื้นดิน ต้นไม้ อาคาร ฯลฯ ตลอดจนสิ่งมีชีวิต ความรุนแรงหรือปริมาณของกระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่าเทียบเท่ากับการเปิดไฟขนาด 60 แรงเทียน พร้อมกัน 600,000 ดวง

รูปแบบและปรากฏการณ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

สไปร์ท (Sprites) ไม่ได้มีเพียงรูปแบบเดียว รูปร่างที่หลากหลายสะท้อนถึงกลไกอันซับซ้อนในชั้นบรรยากาศ สไปร์ทที่มักพบเห็นบ่อย ได้แก่

• สไปร์ทแมงกะพรุน (Jellyfish Sprites) มีลักษณะเป็นแสงกระจายกว้างด้านบนและมีเส้นใยยื่นลงมาด้านล่าง ถือเป็นสไปร์ทที่มีขนาดใหญ่และสวยงามที่สุด
• สไปร์ทแครอท (Carrot Sprites) มีรูปร่างเรียวยาวคล้ายแครอท
• สไปร์ทแบบเสา (Column Sprites) เป็นโครงสร้างแนวตั้งแบบเรียบง่าย

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้อง เช่น 1) บลูเจ็ต (Blue Jets) แสงสีน้ำเงินพุ่งขึ้นจากยอดเมฆพายุไปยังชั้นบรรยากาศตอนบนที่ระดับ 40–50 กิโลเมตร 2) เอลฟ์ (Elves) วงแสงขยายตัวรวดเร็วในชั้นบรรยากาศสูง เกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของฟ้าผ่า 3) เจ็ตขนาดยักษ์ (Gigantic Jets) การปลดปล่อยพลังงานที่หายากซึ่งเชื่อมต่อเมฆพายุเข้ากับไอโอโนสเฟียร์โดยตรง

เพิ่มเติม : รวม เมฆแปลก บนท้องฟ้า

ความท้าทายในการสังเกต

เนื่องจาก สไปร์ท (Sprites) ปรากฏในระยะเวลาสั้นและเกิดในระดับสูง จึงมีความยากในการสังเกตและบันทึกข้อมูล เครื่องมือและเทคนิคพี่พอจะมีศักยภาพในการบันทึกภาพสไปร์ทได้ ได้แก่ 1) กล้องความเร็วสูง ระบบกล้องที่สามารถจับภาพได้หลายพันเฟรมต่อวินาทีใช้ในการบันทึกรายละเอียดของสไปร์ท 2) สเปกโตรสโกปี การวิเคราะห์แสงที่ปล่อยออกมาจากสไปร์ทเพื่อระบุองค์ประกอบทางเคมีของก๊าซ 3) หอสังเกตการณ์บนพื้นโลก เครือข่ายกล้องถ่ายภาพและเครื่องมือเฉพาะที่ใช้เฝ้าสังเกตพายุทั่วโลกเพื่อบันทึกการเกิดสไปร์ท 4) การสังเกตจากดาวเทียม ดาวเทียมที่ติดตั้งเซ็นเซอร์สำหรับตรวจจับแสงอัลตราไวโอเลตและแสงที่ตามองเห็นได้มีบทบาทสำคัญในการศึกษาสไปร์ท รวมถึงการสำรวจการกระจายตัวทั่วโลก

ความสำคัญทางวิทยาศาสตร์

สไปร์ท (Sprites) ไม่ได้เป็นเพียงปรากฏการณ์ที่สวยงาม แต่ยังมีผลกระทบต่อความเข้าใจด้านบรรยากาศและการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ เช่น 1) การเชื่อมโยงไฟฟ้าระหว่างบรรยากาศและอวกาศ สไปร์ทเป็นหลักฐานของการทำงานของวงจรไฟฟ้าทั่วโลก ซึ่งเชื่อมโยงพายุฝนฟ้าคะนอง ชั้นไอโอโนสเฟียร์ และสนามแม่เหล็กของโลก 2) ผลกระทบต่อเคมีในชั้นบรรยากาศ กระบวนการปลดปล่อยพลังงานของสไปร์ทสร้างไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) และสารเคมีที่ไวต่อปฏิกิริยาอื่น ๆ ซึ่งส่งผลต่อสมดุลของชั้นบรรยากาศ 3) ความเชื่อมโยงกับสภาพอวกาศ การศึกษาพบว่ากิจกรรมของสไปร์ทอาจเกี่ยวข้องกับกิจกรรมสุริยะและรังสีคอสมิก ซึ่งสะท้อนถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างดวงอาทิตย์ โลก และบรรยากาศ

ทิศทางการวิจัยในอนาคต

แม้จะมีความก้าวหน้าในการศึกษาสไปร์ท แต่ยังมีหลายประเด็นที่ต้องการคำตอบ เช่น 1) เงื่อนไขเฉพาะใดที่เอื้อต่อการเกิดสไปร์ท ? 2) สไปร์ทส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศในระยะยาวหรือไม่ ? ด้วยเทคโนโลยีที่พัฒนาอย่างต่อเนื่อง การค้นพบใหม่ ๆ จะช่วยขยายความเข้าใจในปรากฏการณ์นี้และความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างชั้นบรรยากาศกับอวกาศ

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth