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嵐の際の樹冠における紫外線コロナ放電

18日前原文(psu.edu)

概要

  • Penn Stateの研究チームが 自然界で初めてコロナ放電現象 を観測
  • コロナ放電は 雷雨時の樹木の葉先で発生、紫外線で微弱に発光
  • この現象が 大気浄化に寄与 する可能性を示唆
  • 特殊な観測装置で 複数の樹種・雷雨で現象を記録
  • 今後は 樹木や森林生態系への影響 を解明する研究が進行中

Penn Stateによる自然界のコロナ放電現象の初観測

  • Penn Stateの 気象学・大気科学の専門家チーム による研究
    • William Brune教授、Patrick McFarland博士課程学生、Jena Jenkins助教、David Miller元准教授が参加
  • 2013年式Toyota Siennaを改造 し、手作りの望遠観測装置を搭載
  • 2024年6月、 フロリダの雷雨を追跡調査
    • 通常頻発するはずの雷雨が少なく、 観測は困難を極める
  • 帰路、 ノースカロライナ州Pembrokeの大学駐車場で大規模な雷雨 に遭遇
    • Sweetgum treeとLoblolly pine tree でコロナ放電現象を観測

コロナ放電現象の特徴と意義

  • コロナ放電は 雷雨時に樹木の葉先で微弱な電気発光 として現れる現象
    • 雲の負電荷と地表の正電荷が引き合う ことで発生
    • 葉の先端で 強い電界が生じ、可視光・紫外線で発光
  • コロナ放電の紫外線は 大気中の水蒸気を分解し、ヒドロキシルラジカル（OH）を生成
    • OHは大気の主要な酸化剤 であり、揮発性有機化合物やメタンなどを分解
    • 結果として 大気浄化作用に寄与

観測装置と観測結果

  • Corona Observing Telescope System を開発
    • ニュートン式望遠鏡＋紫外線カメラ
    • 地理情報取得、気象電気測定、UV発光の校正機能 を搭載
    • 太陽由来の紫外線は完全に遮断し、 コロナ・雷・火災のみ検出
  • Sweetgum treeで859件、Loblolly pineで93件のコロナ放電イベント を記録
    • イベントの持続時間は 瞬間的なものから数秒間 まで様々
    • 他の雷雨や樹種でも 追加観測に成功

今後の課題と展望

  • コロナ放電現象が 樹木や森林、さらには大気に及ぼす影響 は未解明
    • 樹木への 損傷の有無や進化的適応の可能性
    • 森林生態系全体への大気浄化効果
  • 樹木生態学者・生物学者との共同研究 を開始
    • 新たな自然科学の発見に向けた研究の推進
  • 本研究は U.S. National Science Foundationの支援 を受けて実施
    • Geophysical Research Letters誌に成果を発表

Hackerたちの意見

PNWにずっと住んでて、友達のダグ（モミの木）とも密接に関わってきたから、この記事を読んで、健康そうな針葉樹の先端が茶色くなってるのを思い出したよ。偶然かな？多分そうだろうけど、視覚的に捉えるとすごく面白い現象だね。

└

偶然じゃないかも！記事にリンクされてる前の研究では、実験室でこれが言及されてるよ。https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022JD03... > 視覚的に、葉の上で生成されたコロナ放電は、小さな紫青の点状放電か、細長い紫青の放電で、通常は電場の源に最も近い葉の先端に形成されてた（図1）。時にはコロナ放電が安定してたけど、他の時は不安定な脈動で明るくなったり暗くなったりしてた。コロナがオフになると、放電が起きた葉の先端はしばしば焼けて茶色くなってたよ、たとえ最弱の電場でも。

実際、木のてっぺんが光ってる写真はないよ。コロナのデジタルUV波長の動画と、木々の可視波長の動画があるけど。論文[1]には、UV動画でコロナイベントが検出された場所を示す小さな円が重ねられた1枚の写真が載ってる。論文には、UV動画の少し加工されたバージョンを可視波長の動画に重ねた動画[2]も含まれていて、UVフォトンイベントは赤い点が消えていくことで示されてるよ。

└

すみません、これが写真じゃないってどういうこと？動画は写真の連続じゃないって言ってるの？それとも、センサーで捉えたUVフォトンは、人間の網膜の感度がその範囲では低いからカウントされないってこと？それとも、もっと意味のない議論？

└

それはちょっと変な意味のこだわりだね。ウィキメディアには「太陽の写真」というカテゴリーがあるよ：https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Photographs_of_t... これが目で見た太陽とは違うから、太陽の写真じゃないと思う？（その場合、目で見ると純白から真っ黒になると思うけど。）

└

ついでに言うと、デジタルカメラだったから、フィルムに収められなかったってこともあるよね。

└

上のタイトルから「フィルムに収められた」を外して、記事の代表的な言葉を使ったよ。もし誰かがもっと良い（より正確で中立的な）タイトルを提案できれば、また変更できるよ。（でも、テーマはフィルムに収められているかどうかに関わらず面白いし、ましてや「初めて」なんてことはない。）

セント・エルモの火について読むには最高のタイミングだね！

└

動いてる男って感じがするね :)

記事や論文、それに「平易な言葉」でまとめた部分には、この現象の一般的な名前、セント・エルモの火について触れてないのが気になる。

クラウンシャイネスの背後に電気的なメカニズムがあったらすごいね！

この記事を読んで、電場が木々とどう関わっているのか、生成されるヒドロキシルが大気でどんな役割を果たしているのかを考えると、地球外で持続可能で人に優しいエコシステムを作るのは本当に大変なことだなって思う。

「これはまだ発見の科学が行われていることを示している」と、論文の主著者マクファーランドは言った。「50年以上にわたり、科学者たちはコロナが存在すると理論づけてきたが、これで証明された。」"証明された"って、どんな科学なんだ？

一度、雷が落ちた場所から30〜50フィートくらいの距離にいたことがあるんだ。自分のポーチに立って隣の家の方を見てた時に。実際の落雷は見えなかったけど、髪が逆立つのを感じて、葉っぱから空に向かって何かが出ているのを見たんだ。小さな紫色の触手が上に向かって伸びてた。でも、記事の中で「肉眼では見えない」と説明されている部分に来た時、私は何を見たんだろう？

└

髪が逆立つのを感じた これは、頭上の電線に雷が落ちた時に体験したことがある。実際の落雷は見えなかったけど、ドライブウェイの反対側にいた友達が「ちょうど上に落ちた」と言ってたけど、耳鳴りがしてるのにそれはちょっと誇張だと思う。そんな近くにいたら、私たち二人とも死んでたと思う。どちらにせよ、雷に対して一生の敬意を持つようになった。

└

記事には「肉眼ではほとんど見えない」と書いてあった（強調は俺の）。それと、研究者たちが実際の雷の近くにいなかったってこともあって（つまり、もっと強い効果が見えたはず）、君が何かを見たってのは信じられるよ。

└

それを見たんだね。人間の視覚反応曲線は個人によってめちゃくちゃ不均一なんだ。一部の人は紫外線の範囲までかなりよく見える（特に白内障手術を受けた人とか）、でも415nmの紫色すら見えない人もいるけど、青と赤が混ざった紫は一日中見えるんだよね。

面白い事実。雷が落ちると、菌類がもっとキノコを生産するようになるんだ。日本の一部の椎茸やなめこ栽培者は、電気ショック波を使い始めて、劇的に収穫量が増えた（時には200％以上）。面白いことに、このアイデアはこの科学からではなく、日本の民間伝承から来たんだ。これは進化した反応かもしれない。雷が木に落ちると、樹皮に変わって、白腐菌にとっては最高の媒体になる。たくさんのキノコが胞子をそこに届けるチャンスを最大化するかもしれない。逆に言うと、近いうちに死ぬかもしれないから、できるうちに種を撒けってことかも。雷が落ちるのは珍しい出来事だと思われがちだけど、後期遷移樹にとっては、実は主要な撹乱の一つなんだ。ディプテリクス・オレイフェラのような木は、雷に対して興味深い適応を示している。この木はその悪影響に非常に強くて、周りの多くのつる植物の成長を促進するから、雷が落ちると、近くの木々も影響を受ける。雷に打たれた後は、今や傷ついた隣の木々を追い越すために、劇的に成長するんだ。

酸化剤が空気をきれいにするって話、19世紀末から20世紀初頭の製品マーケティングを思い出すな。必要かどうか関係なく bleach で全部消毒！全てのバイ菌を無差別に殺すものがあれば、世界はもっと良くなるはずだってね！