Dunkle, flauschige Gewitterwolken schüren nicht nur dramatische Stürme, sie erzeugen auch einige der energischsten Lichtblitze auf dem Planeten - und brillante Himmelsanzeigen, die als Ultraschall- "Elfen" bekannt sind. Jetzt haben neue Erkenntnisse ein klareres Bild davon gezeichnet, was in den stillen Zwischenräumen eines stürmischen Himmels vor sich geht.
Seit langem suchen Wissenschaftler nach Gammastrahlenblitzen in den tiefen Falten des Universums. Als ein NASA-Instrument 1994 auf der Suche nach diesen Signalen in den Weltraum blickte, nahm es zufällig Gammastrahlenblitze auf, die von einem näheren Ort in der Nähe der Heimat ausgestrahlt wurden - irdischen Gewitterwolken.
Diese Blitze, die energetischsten Naturphänomene auf unserem Planeten, wurden als terrestrische Gammastrahlenblitze (TGFs) bekannt. Sie entstehen, wenn das starke elektrische Feld eines Gewitters atmosphärische Partikel anregt, die dann Strahlung emittieren. Es war jedoch nicht viel darüber bekannt, was dieses energiereiche Phänomen verursacht.
Um dies herauszufinden, analysierte eine Gruppe von Forschern Daten eines Instruments der Europäischen Weltraumorganisation namens Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) an Bord der Internationalen Raumstation. Das ASIM ist das erste Instrument, das zum Nachweis von TGFs und nicht ihrer noch helleren Doppelgänger im Weltraum eingesetzt wird, sagte Torsten Neubert, Chefwissenschaftler des ASIM und Hauptautor einer am 10. Dezember in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Wissenschaft.
Ihre Messungen zeigten eine sehr spezifische Abfolge von Ereignissen, die während eines Blitzschlags nur einige Millisekunden lang dauerte. Zunächst stellten sie einen Lichtanstieg fest, der der Geburt eines Blitzes entspricht. Während dieses Prozesses erzeugt eine Wolke sowohl ein elektrisches Feld als auch einen Leiter - einen Pfad ionisierter Luft. Sie entdeckten dann einen großen Peak in Röntgen- und Gammastrahlen, die dem TGF entsprechen, und dann einen riesigen optischen Impuls, sagte Neubert gegenüber Live Science.
Dieser optische Impuls wanderte von der Gewitterwolke in die Ionosphäre, eine Region der Atmosphäre, die etwa 80 bis 1.000 Kilometer über der Erdoberfläche liegt. Der Puls sei "so stark, dass er den unteren Bereich der Ionosphäre anregt", der ungefähr 100 Kilometer weit und breit ist, sagte Neubert. Mit anderen Worten, es regte freie Elektronen in der Ionosphäre an, die dann mit neutralem Stickstoff kollidierten und dann Strahlung emittierten.
Diese Strahlung wird durch ein anderes Wetterphänomen definiert, ähnlich wie Auroren, die als "Elfen" bezeichnet werden und bei denen millisekundenlange Ausbrüche von sichtbarem Licht und ultravioletter Strahlung in einem sich ausdehnenden Ring um einen Blitzschlag leuchten. Diese leuchtenden himmlischen Wesen sind jedoch nur mit den empfindlichsten Geräten sichtbar.
Vor dieser Studie wurde angenommen, dass Elfen nichts mit Gewittern zu tun haben. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass der gleiche Blitz sowohl TGFs als auch Elfen auslöst, obwohl nicht klar ist, ob TGFs eine Rolle bei der Herstellung der Elfen spielen, sagte Neubert. Es ist auch nicht klar, ob TGFs und Elfen jedes Mal auftreten, wenn ein Blitz einschlägt, aber es passiert wahrscheinlich viel häufiger, als wir erkennen können, fügte er hinzu.
Ein weiterer kürzlich im Journal of Geophysical Research Atmospheres veröffentlichter Befund legt nahe, dass TGFs unmittelbar vor dem sichtbaren Blitz auftreten. Diese brillanten Blitze treten auf, kurz bevor ein Stromimpuls durch die geladene Wolke schießt und laut einer Aussage zu einem Blitz wird. Beide Studien wurden diese Woche auf der Jahrestagung der American Geophysical Union in San Francisco vorgestellt.
"In den Weltraumbeobachtungen für Blitze passiert viel", sagte Neubert, "um das Wetter zu überwachen und andere, um das Phänomen zu verstehen." "Zusammengenommen wirklich großartige paar Jahre, die bevorstehen."
