Blitze in der Atmosphäre können in der erdnahen Umlaufbahn einen Regen aus hochenergetischen »Killerelektronen« auslösen, die schädliche Strahlungsströme bilden, so neue Forschungsergebnisse. Bisher dachten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass Killerelektronen nur im weit entfernten äußeren Strahlungsgürtel unseres Planeten auftreten, aber eine Studie in Nature Communications zeigt, dass sie auch im viel näheren inneren Gürtel durch Blitze losgelöst werden können.

»Diese hochenergetischen Teilchen sind schädlich für Raumfahrzeuge und auch für Menschen im Weltraum«, sagt Studienmitautorin Lauren Blum, Astrophysikerin an der University of Colorado Boulder. »Zu wissen, wann es sehr hochenergetische Elektronen im inneren Strahlungsgürtel gibt, wäre hilfreich, um abzuschätzen, wann man sie vermeiden sollte.«

Elektronenniederschlag tritt auf, wenn geladene Teilchen, die durch das Magnetfeld der Erde festgehalten werden, in einem der donutförmigen Strahlungsgürtel des Planeten aus ihrer Ruhelage herausgelöst werden. Bei der Untersuchung von Daten der SAMPEX-Mission der NASA, die geladene Teilchen aufspürte, bemerkte der Hauptautor der neuen Studie, Max Feinland (damals Student in Boulder), etwas Seltsames in den Messwerten für »Microburst« – schnelle Ausbrüche von hochenergetischem Elektronenniederschlag, die zwischen 1996 und 2006 aufgezeichnet wurden. Nachdem er einen Algorithmus entwickelt hatte, um diese Extremfälle in den Daten zu finden, war Feinland überrascht, Messwerte aus dem inneren Strahlungsgürtel zu sehen, von dem viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler annahmen, dass er nur weniger energiereiche, langsamere Elektronen beherbergt. Feinland und Blum, damals Feinlands Forschungsberaterin, machten sich sofort Gedanken über mögliche Ursachen. »Man wusste, dass es im inneren Strahlungsgürtel blitzinduzierten Elektronenniederschlag gibt«, sagt Feinland, »aber man hatte ihn noch nicht auf überzeugende Weise für Elektronen gesehen, die sich so schnell bewegen.«

Beim Vergleich ihrer Microburst-Daten mit den Datensätzen des National Lightning Detection Network fanden die Forschenden eine statistische Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Ausbrüche im inneren Gürtel tatsächlich mit Blitzen zusammenfallen. Die von letzteren ausgelösten elektromagnetischen Wellen wandern von der Atmosphäre aus die Magnetfeldlinien der Erde hinauf in die Region des inneren Strahlungsgürtels, wo ihre Energie ausreicht, um hochenergetische Elektronen aus ihrer magnetischen Umschließung herauszuschlagen.

Die Ergebnisse des Teams sind deshalb so interessant, weil offenbar noch niemand eine solche Verbindung hergestellt hat, sagt der Weltraumwetterforscher Steven Morley vom Los Alamos National Laboratory. Er fügt hinzu, dass die Datenlage in diesem Forschungsbereich begrenzt ist, da es seit dem Ende von SAMPEX vor zwei Jahrzehnten nur wenige Messungen gab. Aber er sagt, dass die Studie »sehr aufregend ist, auch wenn die Datenlage sehr begrenzt ist. Sie wirft wirklich eine Menge weiterer Fragen auf«.

Diese Ergebnisse seien ein »Weckruf« dafür, wie das Wetter auf der Erde und im Weltraum miteinander verflochten sind, sagt Blum; diese Verbindung könnte möglicherweise Folgen für die Ozonschicht, die Chemie der Atmosphäre und sogar das Klima haben. »Wir können die Dynamik zwischen Sonne und Erde und die Dynamik des Strahlungsgürtels nicht einfach separat untersuchen«, sagt sie. »Wir müssen auch verstehen, was in unserer eigenen Atmosphäre und den terrestrischen Wettersystemen vor sich geht.«