Wie „Elfen“ über Gewittern entstehen

Gewitter rufen neben Blitzen, die wir auf der Erde sehen können, viele weitere elektromagnetische Erscheinungen hervor. Schon seit Jahrzehnten beobachten Piloten beispielsweise rötliche „Kobolde“ und blaue „Jets“ hoch über den Gewitterwolken. Außerdem ließen sich ringförmige „Elfen“, die nicht mit dem Auge zu erkennen sind, und sogenannte Gammastrahlenblitze, die von den Wolken selbst auszugehen schienen, nachweisen. Doch noch haben Wissenschaftler nicht im Detail verstanden, wie diese Strahlungsphänomene miteinander zusammenhängen. Mithilfe der Internationalen Raumstation – kurz ISS – ließ sich jetzt eine Verbindung zwischen den Elfen und den Gammablitzen beobachten, wie Forscher im Fachjournal „Science“ berichten.

Phänomene über Gewitterwolken

Am 10. Oktober 2018 beobachteten Astronauten auf der ISS ein Gewitter östlich der indonesischen Insel Sulawesi und mit dem Atmosphere-Space Interaction Monitor der europäischen Weltraumorganisation ESA nahmen die Forscher verschiedene Signale von dort auf. Den Anfang der beobachteten elektromagnetischen Phänomene machte demnach ein gewöhnlicher Blitz in der Gewitterwolke. Dessen Anfangsphase löste offenbar einen Gammablitz aus. Forscher nehmen an, dass in einem Gewitter Gammastrahlen entstehen, wenn stark beschleunigte Elektronen auf Atomkerne der Luft treffen, abgebremst werden und dabei hochenergetische Strahlung abgeben.

Die Beobachtungen zeigten, dass der Gammablitz in ungefähr 12 Kilometer Höhe – einen Kilometer unter der Wolkenobergrenze – entstand und 30 bis 40 Mikrosekunden dauerte. Neben den Gammastrahlen löste der Blitz in der Gewitterwolke auch einen elektromagnetischen Impuls aus, der sich in der Vertikalen bis weit über die Gewitterwolke hinaus ausbreitete. Dort erzeugte er eine Elfe – eine ringförmige Leuchterscheinung in 80 bis 90 Kilometer Höhe. Sie war für die empfindlichen Sensoren auf der ISS im rötlichen bis ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu erkennen. Gemäß den Messungen begann die Elfe höchstens 10 Mikrosekunden nach dem Beginn des Gammablitzes zu leuchten. Die Forscher hoffen, dass sich mit dieser beobachteten Verknüpfung zwischen Elfen und Gammablitzen zukünftig die Entstehung der teils exotischen elektromagnetischen Phänomene weiter aufklären lässt.