Les orages dans la haute atmosphère terrestre restent un mystère. Les scientifiques ne peuvent pas les atteindre directement avec des instruments; ils sont trop hauts pour les ballons et trop bas pour les satellites météorologiques. Voler à travers les orages ou camper au sommet des montagnes en attendant l'un d'entre eux se classe généralement au bas de la liste des aventuriers.

Une enquête à bord de la Station spatiale internationale est venue à la rescousse. Le moniteur d'interactions atmosphère-espace de l'Agence spatiale européenne (ESA) (ASIM) est une collection de caméras optiques, photomètres et un grand détecteur de rayons X et gamma montés à l'extérieur du module Columbus de l'ESA sur la station. Depuis au moins deux ans, il observera les décharges électriques générées par les orages dans la haute atmosphère - la stratosphère et la mésosphère - jusqu'à l'ionosphère, le bord de l'espace. Cette installation d'observation de la Terre permet d'étudier les orages violents et leur rôle dans l'atmosphère et le climat de la Terre.

Eclairs de haute atmosphère, connu sous le nom d'événements lumineux transitoires, comprend des phénomènes colorés avec des noms tout droit sortis d'un conte de fées :sprites, elfes, et géants.

La station spatiale offre à cette enquête une plateforme d'observation idéale pour plusieurs raisons. Son orbite terrestre basse rapproche les observations au plus près de ces phénomènes de haute atmosphère. L'orbite de la station offre également une couverture presque complète des régions tropicales et subtropicales, dont beaucoup sont difficiles d'accès, mais c'est là que se forment certains des orages les plus intenses. Finalement, les observations sont faites dans des bandes optiques sujettes à l'absorption dans l'atmosphère et ne peuvent donc pas être utilisées pour des observations au sol.

Les sprites sont des flashs provoqués par une panne électrique dans la mésosphère. Les jets bleus sont des décharges de foudre atteignant le haut à travers la stratosphère, et les elfes sont des anneaux concentriques d'émissions provoqués par une impulsion électromagnétique au bord inférieur de l'ionosphère. Les géantes sont de grandes décharges qui créent une panne électrique de l'atmosphère du sommet des orages au fond de l'ionosphère. Les flashs gamma terrestres sont un phénomène flash généré au sommet des orages. Les preuves suggèrent que la décharge électronique incontrôlée provoque certains de ces phénomènes.

Dans les années 1920, Le scientifique anglais C.T.R. Wilson a reçu un prix Nobel pour son travail avec une chambre à brouillard qui rendait visible le rayonnement ionisant des rayons cosmiques et des rayons X. Il a prédit que des décharges électriques peuvent se produire au-dessus des orages dans la mésosphère, et que les champs électriques d'orage peuvent accélérer les électrons jusqu'à des énergies relativistes. Les instruments n'étaient pas assez sensibles pour apporter une réponse définitive jusqu'en 1993, cependant, lorsque des éclairs de rayons X au-dessus d'orages ont été observés depuis l'observatoire Compton Gamma Ray de la NASA.

En 1990, la première observation d'un sprite a été documentée, et depuis lors les observations au sol et en avion ont découvert une multitude de décharges au-dessus des orages, et les engins spatiaux en orbite basse ont observé des rayonnements X et gamma.

ASIM représente une étude globale complète de ces très hautes altitudes, des événements difficiles à observer depuis le sol pour aider à déterminer leur physique et leur relation avec la foudre. L'enquête étudie également la formation des nuages ​​à haute altitude et détermine quelles caractéristiques rendent les orages efficaces pour perturber l'atmosphère à haute altitude. La recherche améliore la compréhension de l'effet des orages sur l'atmosphère terrestre et contribue à de meilleurs modèles atmosphériques et prévisions météorologiques et climatologiques.

"L'observation à haute altitude nous permet d'étudier ces événements sans les nuages ​​obscurcissants, " 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, par exemple, 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, " il ajouta.

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.