Gewitterblitze kann man auf der Erde sehen. Piloten berichten schon seit Langem von weiteren Erscheinungen: von sogenannten Kobolden und Jets über den Gewitterwolken. Auch ringförmige Elfen gibt es. Wie sie zustandekommen, haben Forscher nun ergründet.

Mit Instrumenten auf der Internationalen Raumstation ISS haben Forscher die Entstehung des sogenannten Elfen-Leuchtens in der oberen Atmosphäre beobachtet. Die ultraviolette Leuchterscheinung wird demnach durch Gewitter erzeugt, die auch kurze Gammastrahlenblitze produzieren. Das Team um Torsten Neubert von der Dänischen Technischen Universität in Kongens Lyngby stellt seine Beobachtungen im US-Fachblatt "Science" vor.

Die Wissenschaftler hatten mit dem Atmosphären-Weltraum-Wechselwirkungsmonitor ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor) an Bord der ISS am 10. Oktober 2018 einen nur einige millionstel Sekunden kurzen atmosphärischen Gammastrahlenblitz über einem Gewitter östlich der indonesischen Insel Sulawesi gemessen. Dazu registrierten sie das ultraviolette und optische Elfen-Leuchten in der Ionosphäre, einer oberen Schicht der Erdatmosphäre.

Das Forscherteam deutet die Beobachtung so: Wenn ein Gewitterblitz aufflackert, entsteht durch den Stromfluss ein starkes elektromagnetisches Feld, das Elektronen in der Umgebung beschleunigt. Bei besonders starken Entladungen können diese Elektronen schnell genug werden, um durch Wechselwirkung mit anderen Luftteilchen Gammastrahlung zu erzeugen. Der dadurch ausgelöste atmosphärische Gammablitz dauert typischerweise nur 30 bis 40 millionstel Sekunden (Mikrosekunden).

Zusätzlich erzeugt der Gewitterblitz jedoch auch starke elektromagnetische Wellen, die sich als elektromagnetischer Puls (EMP) in die oberen Atmosphärenschichten ausbreiten. Am unteren Rand der Ionosphäre, in 80 bis 90 Kilometern Höhe, überträgt der Puls wiederum Energie auf Elektronen, die dann mit Gasmolekülen in der Atmosphäre zusammenstoßen und diese dabei zu dem meist ultravioletten Leuchten anregen.

Elfen-Leuchten fast zeitgleich mit Gammablitz

Das Phänomen wird von Forschern als Elf bezeichnet und ist typischerweise rund eine tausendstel Sekunde (Millisekunde) lang nachweisbar. Tatsächlich begann das beobachtete Elfen-Leuchten nahezu zeitgleich mit dem Gammablitz, was die Forscher als Bestätigung für die Vorstellung werten, dass beide Phänomene miteinander verknüpft sind.

Neben den Elfen gibt es auch Kobolde: schwache Lichtemissionen, die direkt über einem Gewitter schlagartig in die Höhe schießen. Seit Beginn der Luftfahrt haben Piloten immer wieder von solchen Leuchterscheinungen berichtet. Neben den rötlichen Kobolden gibt es zudem blaue Jets - blaue Blitze, die meist weiter unten, in der Stratosphäre, direkt aus der Gewitterwolke nach oben schießen.