Onweersbuien in de bovenste atmosfeer van de aarde blijven een mysterie. Wetenschappers kunnen ze niet direct bereiken met instrumenten; ze zijn te hoog voor ballonnen en te laag voor weersatellieten. Vliegen door onweersbuien of kamperen op bergtoppen, wachtend op een, staat meestal laag, zelfs op de bucketlist van avonturiers.

Een onderzoek aan boord van het internationale ruimtestation ISS heeft redding gebracht. De Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) van de European Space Agency (ESA) is een verzameling optische camera's, fotometers en een grote röntgen- en gammastralingsdetector gemonteerd aan de buitenkant van ESA's Columbus Module op het station. Gedurende ten minste twee jaar, het zal door onweer gegenereerde elektrische ontladingen waarnemen in de bovenste atmosfeer - de stratosfeer en mesosfeer - tot aan de ionosfeer, de rand van de ruimte. Deze aardobservatiefaciliteit maakt het mogelijk om zware onweersbuien en hun rol in de atmosfeer en het klimaat van de aarde te bestuderen.

Boven-atmosferische bliksem, bekend als voorbijgaande lichtgevende gebeurtenissen, bevat kleurrijke fenomenen met namen die rechtstreeks uit een sprookje komen:sprites, elfjes, en reuzen.

Het ruimtestation biedt dit onderzoek om verschillende redenen een ideaal observatieplatform. Zijn lage baan om de aarde brengt de waarnemingen zo dicht mogelijk bij deze verschijnselen in de bovenste atmosfeer. De baan van het station biedt ook bijna volledige dekking van tropische en subtropische gebieden, waarvan veel moeilijk toegankelijk zijn, maar waar enkele van de meest intense onweersbuien ontstaan. Eindelijk, waarnemingen worden gedaan in optische banden die onderhevig zijn aan absorptie in de atmosfeer en dus niet kunnen worden gebruikt voor grondwaarnemingen.

Sprites zijn flitsen die worden veroorzaakt door een elektrische storing in de mesosfeer. Blauwe jets zijn bliksemontladingen die omhoog reiken door de stratosfeer, en elfen zijn concentrische ringen van emissies die worden veroorzaakt door een elektromagnetische puls aan de onderkant van de ionosfeer. Reuzen zijn grote ontladingen die een elektrische storing van de atmosfeer veroorzaken vanaf de bovenkant van onweersbuien tot de onderste ionosfeer. Terrestrische gammaflitsen zijn een flitsverschijnsel dat wordt gegenereerd op de top van onweersbuien. Er zijn aanwijzingen dat weggelopen elektronenontlading enkele van deze verschijnselen veroorzaakt.

In de jaren 1920, Engelse wetenschapper C.T.R. Wilson kreeg een Nobelprijs voor zijn werk met een wolkenkamer die de ioniserende straling van kosmische straling en röntgenstraling zichtbaar maakte. Hij voorspelde dat elektrische ontladingen kunnen optreden boven onweersbuien in de mesosfeer, en dat onweer elektrische velden elektronen kunnen versnellen tot relativistische energieën. Instrumenten waren tot 1993 niet gevoelig genoeg om een ​​definitief antwoord te geven, echter, toen flitsen van röntgenstralen boven onweersbuien werden waargenomen vanuit NASA's Compton Gamma Ray Observatory.

In 1990, de eerste waarneming van een sprite werd gedocumenteerd, en sindsdien hebben grond- en vliegtuigobservaties een groot aantal ontladingen boven onweersbuien ontdekt, en ruimtevaartuigen in een lage baan om röntgen- en gammastraling waargenomen.

ASIM vertegenwoordigt een uitgebreid wereldwijd onderzoek van deze superhoge, moeilijk te observeren gebeurtenissen vanaf de grond om hun fysica te helpen bepalen en hoe ze zich verhouden tot bliksem. Het onderzoek bestudeert ook wolkenvorming op grote hoogte en bepaalt welke kenmerken onweersbuien effectief maken in het verstoren van de atmosfeer op grote hoogte. Het onderzoek verbetert het begrip van het effect van onweer op de atmosfeer van de aarde en draagt ​​bij aan betere atmosferische modellen en meteorologische en klimatologische voorspellingen.

"High-altitude observation allows us to study these events without the obscuring clouds, " said principal investigator Torsten Neubert of the National Space institute of the Technical University of Denmark. "With ASIM we will better understand the complex processes of upper-atmospheric lightning, which are also elements of ordinary lightning, although they take on different forms. This understanding can improve technology for detecting ordinary lightning."

The investigation also helps clarify the effect of thunderstorms on the atmosphere, ionosphere and radiation belts, and will monitor the influx of meteors in Earth's environment and their effect on its atmosphere. Blue jets at the top of thunderstorm clouds, bijvoorbeeld, change the concentration of greenhouse gases, another way thunderstorms can affect the stratosphere.

The types of discharges and their structure help scientists better understand the structure of the atmosphere where they occur and of the thunderstorm battery that powers them.

"We will learn more about thunderstorm clouds and more of the fine-structure of the stratosphere and mesosphere, of which little is known, " Neubert said. Based on video taken by ESA astronaut Andreas Mogensen from the space station in 2015, scientists already learned more about what types of cloud create such activity, and that lightning comes from clouds at an altitude of about 10.5 miles (17 km). "These are solid scientific results documenting for the first time how active the tops of thunderclouds can be, " hij voegde toe.

ASIM observations also improve understanding of the effect of dust storms, urban pollutants, forest fires, and volcanoes on cloud formation and electrification, and the relation of eye-wall lightning activity to intensification of thunderstorms. That could help us all live more happily ever after.