Sprieten, elfjes, jets... weinig mensen weten dat wetenschappers zulke buitenaardse woorden gewoonlijk gebruiken om voorbijgaande lichtgebeurtenissen of TLE's te beschrijven, lichtflitsen die optreden tijdens actieve stormen op slechts enkele tientallen kilometers boven ons hoofd. Weinig mensen weten ook dat stormen kunnen werken als deeltjesversnellers die zeer korte uitbarstingen van röntgen- en gammastraling genereren. Maar wat zijn de fysieke processen en mechanismen achter deze verschijnselen die amper 30 jaar geleden werden ontdekt? Hebben ze invloed op de fysica en chemie van de bovenste atmosfeer, het milieu of zelfs de mens? Dat zijn de vragen waarmee de Franse Taranis-satelliet wordt geconfronteerd die in de nacht van 16 op 17 november zal vliegen bovenop een Vega-draagraket vanuit het Guyana Space Center, een geheel Franse missie met onderzoekswetenschappers van CNES, het nationaal wetenschappelijk onderzoekscentrum CNRS, de commissie voor atoomenergie en alternatieve energieën CEA en verschillende Franse universiteiten.

TLE's en terrestrische gammaflitsen (TGF's) worden overal ter wereld gezien waar stormen voorkomen. Maar omdat we er niet genoeg van weten, ze komen niet voor in de gereedschapskist van klimatologen en meteorologen. Zijn ze betrokken bij het toenemende aantal extreme weersomstandigheden? Als, ze kunnen in realtime worden gemodelleerd en verwerkt in prognoses. Hoewel Taranis in de eerste plaats een satelliet voor fundamenteel onderzoek is, de gegevens die het zal leveren over de thermische en klimaatmechanismen van de aarde kunnen dienen voor meer operationele toepassingen zoals klimatologie en weersvoorspellingen.

Elfen, sprieten, sprite halo's, blauwe jets en zelfs pixies of kabouters zijn slechts enkele van de grillige namen die worden gegeven aan het scala aan verschijnselen in de generieke familie van TLE's - een poëtisch lexicon dat scherp contrasteert met hun geweld. Deze kortstondige gebeurtenissen in de bovenste atmosfeer vinden plaats tussen de toppen van onweerswolken en een hoogte van 90 kilometer. Voor het eerst voorspeld al in 1920, hun bestaan ​​werd pas in de jaren negentig bevestigd. Ze zijn sindsdien vastgelegd door tal van grond- en ruimtewaarnemingen. Elfen nemen de vorm aan van een uitdijende gloed van licht, verschijnen op een hoogte van 90 kilometer en niet langer dan één milliseconde; een actieve storm kan er in een paar uur tijd duizenden produceren. Komt voor tussen de 40 en 90 kilometer boven het aardoppervlak, sprites hebben een complexe structuur van takken en ranken en kunnen tot 10 milliseconden duren. Blauwe jets verschijnen op de top van onweerswolken en planten zich voort tot hoogten tot 50 kilometer. Zo nu en dan, 'gigantische' jets kunnen zich tot 90 kilometer voortplanten.

TGF's werden voor het eerst wetenschappelijk waargenomen in 1994 door de Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO), een NASA-ruimtevaartuig ingezet vanuit de Amerikaanse spaceshuttle Atlantis. Onder bepaalde voorwaarden, stormen genereren een zeer korte uitbarsting van gammafotonen. TGF's werden een tijdlang beschouwd als een zeldzame gebeurtenis die sprites vergezelt; we weten nu dat ze worden gegenereerd door elektrische activiteit in wolken. Bij gebrek aan de juiste instrumenten, de Italiaanse AGILE-satelliet (2007) en de Amerikaanse Fermi-ruimtetelescoop (2008) konden de huidige hypothesen over de mechanismen die ze genereren niet volledig bevestigen of hun aantal schatten. Taranis zal daarom nieuwe inzichten brengen in hoe ze worden gegenereerd en hun stralingsimpact, die nog nooit eerder is gemeten.

In Frankrijk, het atoomenergieagentschap CEA richtte in 1993 voor het eerst zijn aandacht op deze voorbijgaande gebeurtenissen en hun impact. Op 9 december 2010 het project kreeg officieel groen licht van de raad van bestuur van CNES. Taranis is een geheel Franse missie met wetenschappelijke doelen die zijn vastgesteld door Franse onderzoekslaboratoria. Naast CEA, CNRS is nauw betrokken via verschillende van zijn aangesloten onderzoekslaboratoria1:het LPC2E-laboratorium voor milieu- en ruimtefysica en -chemie coördineert de ontwikkeling van de wetenschappelijke nuttige lading, is verantwoordelijk voor het wetenschapsmissiecentrum en draagt ​​instrumenten in; het IRAP-onderzoeksinstituut voor astrofysica en planetologie, de LATMOS-sferen, omgevingen en ruimtewaarnemingslaboratorium en het APC-laboratorium voor astrodeeltjes en kosmologie dragen bij aan de nuttige lading.

Andere instrumenten op Taranis omvatten bijdragen van buitenaf van Stanford University en Goddard Space Flight Center (GSFC) in de Verenigde Staten, het Instituut voor Atmosferische Fysica (IAP) en de Charles University in Tsjechië en het Space Research Centre van de Poolse Academie van Wetenschappen (CBK).

Taranis ziet er wat anders uit, in plaats van de gealuminiseerde of vergulde Mylar-isolatie die traditioneel wordt gebruikt op satellieten, is deze gecoat met een speciale zwart-witte verf. Dit is niet alleen aandacht voor esthetische details, het doel van de verf is om interferentie met het omringende elektrische veld te voorkomen en te voorkomen dat gereflecteerd licht de optische sensoren verstoort. Een minder zichtbaar maar belangrijk kenmerk is het oorspronkelijke ontwerp van de lading, bestaande uit acht instrumenten die dankzij MEXIC als één geheel worden bediend, het brein van Taranis dat de instrumenten aandrijft en synchroniseert en de lading beheert, voert de triggerstrategie uit om een ​​gebeurtenis vast te leggen en verzorgt zelfs de overdracht van geselecteerde gegevens naar het massageheugen.

Taranis' lading van dichtbij:

• XGRE:drie röntgen- en gammastralingsdetectoren voor het meten van hoogenergetische fotonen (50 keV tot 10 MeV) en relativistische elektronen (1 MeV tot 10 MeV) – APC/IRAP/CNES
• MCP (MC-U en PH-U):twee camera's (10 beelden per seconde) en vier fotometers om de luminantie in verschillende spectrale banden te meten—CEA/CNES
• IDEE:twee hoogenergetische elektronendetectoren (70 keV tot 4 MeV) – IRAP/Charles University
• IMM:drie-assige magnetometer voor het meten van het wisselende magnetische veld (5 Hz tot 1 MHz) – LPC2E/Stanford University
• IME-HF:HF-antenne voor het meten van het hoogfrequente elektrische veld (100 kHz tot 35 MHz) – LPC2E/IAP
• IME-BF:instrument voor het meten van het laagfrequente elektrische veld (DC tot 1 MHz) – LATMOS
• SI:ionensonde om thermische plasmafluctuaties te bepalen - GSFC/LATMOS
• MEXIC:twee elektronische units bestaande uit acht analysers, elk verbonden met een instrument. Het drijft elk instrument aan, verwerkt de payload-modi en interfaces met het massageheugen en de boordcomputer. MEXIC will also be tasked with synchronizing the instruments when events are detected (TLEs by MCP's photometers, TGFs by XGRE, electron beams by IDEE, wave bursts by IME-HF) – LPC2E/CBK

For two to four years, Taranis will scan regions of the sky where storm activity is intense and the probability of seeing TLEs and/or TGFs high. While it may be a national program, its results are eagerly awaited by the wider international scientific community. In atmospheric chemistry and physics, environmental science, klimatologie, high-energy astrophysics and many more fields besides, Taranis is set to reveal new insights—and science efforts won't end there, as the mission will undoubtedly pave the way for future investigations.