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Seltenes PhänomenBlaue Blitze Richtung Weltraum

Mit einem Instrument an Bord der ISS haben Forscher erstmals im Detail Entladungen beobachtet, die aus Gewitterwolken nach oben ins All zucken.

Spektakel oberhalb der Wolkendecke von Bord der Internationalen Raumstation ISS aus gesehen.
Spektakel oberhalb der Wolkendecke von Bord der Internationalen Raumstation ISS aus gesehen.
Visualisierung: DTU Space

Zuckende Blitze, Platzregen, Donner: Ein Gewitter kann von der Erdoberfläche aus ja durchaus eindrucksvoll sein. Doch das ist nichts gegen das Spektakel, das sich zuweilen gleichzeitig oberhalb der Wolkendecke Richtung Weltraum abspielt, mit blauen Blitzen, rotem Leuchtfeuer und nach aussen wachsenden Lichtringen. Von der Erde aus ist dieser Teil, leider, nur selten sichtbar. Zuweilen kann man blaue Blitze von einem Berg aus erkennen, besser noch aus einem Flugzeug. Am besten aber ist der Überblick aus 400 Kilometer Höhe, von der Internationalen Raumstation ISS aus.

Mit Hilfe eines Instruments an Bord der Station haben Forscher um Torsten Neubert vom dänischen Nationalen Weltrauminstitut (DTU Space) nun mehrere selten beobachtete Weltraumblitze im Detail aufgezeichnet, wie sie in Nature berichten (lesen Sie hier mehr dazu) – und sind so der Erklärung etwas näher gekommen, wie sie zustande kommen könnten.

Gewitterwolken haben ein ganzes Feuerwerk an Kuriositäten in petto, die sie ins Weltall entlassen können. Am bekanntesten sind wohl die blauen Blitze. Erst vor wenigen Jahren machte der Astronaut Andreas Mogensen an Bord der ISS ein spektakuläres Foto von ihnen. Sie können von einer Gewitterwolke aus, die mit maximal 20 Kilometer Höhe höchstens den unteren Bereich der Stratosphäre erreicht, bis zum oberen Rand der Stratosphäre in 50 Kilometer Höhe reichen, der Stratopause.

Wie kommt es zu dem blauen Leuchten?

Aber auch darüber geht es noch weiter: In der Mesosphäre in etwa 70 Kilometer Höhe können sogenannte Red Sprites entstehen, rote Kobolde: krakenartige Phänomene, bestehend aus einem roten Leuchtfeuer mit Licht-Tentakeln nach unten. Und schliesslich, am unteren Rand der Ionosphäre in ungefähr 80 Kilometer Höhe, die Elves, Elfen: Lichtringe, die sich kreisförmig ausbreiten wie Wellen in einem Teich, in den man einen Kiesel geworfen hat. Keines dieser Phänomene ist bislang wirklich verstanden; es gab ja bislang noch nicht einmal detaillierte Beobachtungen, erst 1989 wurden erste Fotobeweise aufgenommen.

Die blauen Blitze waren jeweils ein Hundertstel einer Millisekunde lang.
Die blauen Blitze waren jeweils ein Hundertstel einer Millisekunde lang.
Foto: ESA

«Wir wissen nicht wirklich, wie häufig diese Phänomene sind, sie sind so schwer zu beobachten», sagt Leitautor Torsten Neubert. Es hängt auch davon ab, was genau man betrachtet: Dass eine Wolke am oberen Rand blau leuchtet, kommt recht häufig vor, blaue Blitze quer durch die Stratosphäre sind viel seltener. In der aktuellen Studie haben Neubert und seine Kollegen nun mithilfe des Instruments Asim (Atmosphere-Space Interactions Monitor) bei einem Gewitter in der Nähe der Pazifikinsel Nauru fünfmal ein kurzes, sehr intensives blaues Aufleuchten am oberen Wolkenrand dokumentiert, jeweils ein Hundertstel einer Millisekunde lang. Alle waren von Elves, den Lichtringen, begleitet. Und eines der fünf Ereignisse löste zudem einen blauen Blitz aus, der bis zur Stratopause raste.

Eine Art Kurzschluss vermutet

Wobei «Blitz» eigentlich das falsche Wort ist, Neubert spricht lieber von einem «Jet». Denn ein Gewitterblitz entsteht, wenn ein Leitblitz einen elektrisch leitenden Kanal von der Wolke zur Erde öffnet, durch den dann die Hauptentladung fliesst, der sichtbare Blitz. Das ist aber nicht das, was Neubert über der Wolke beobachtet hat. «Die Emissionen von Leitblitzen waren schwach und sehr lokal», sagt er; der echte Blitz reichte also nur ein kleines Stück der Strecke nach oben. Seine Kollegen und er nehmen an, dass danach eine sogenannte «Streamer»-Entladung weiter nach oben wandert, eine Gasentladung ähnlich dem Elmsfeuer. Darunter versteht man eine seltene Lichterscheinung, die elektrische Entladungen während eines Gewitters begleitet.

Offen bleibt allerdings die Frage, wie es wirklich zu dem blauen Leuchten kommt, aus dem dann der blaue Jet hervorgeht. Das Team um Neubert vermutet, dass dahinter eine Art Kurzschluss steht, der auch schon von der Erde aus in Wolken beobachtet wurde. Gesichert ist das aber noch nicht.