Vi är alla bekanta med blixten som följer med kraftiga stormar. Medan dessa blixtar har sitt ursprung i stormmoln och slår nedåt, en mycket svårare typ bildas högre upp i atmosfären och skjuter upp mot rymden. Så, vad är chansen att någon tar bilder av dessa sällan sett, korta 'övergående ljushändelser' exakt samtidigt som en satellit kretsar direkt ovanför och händelsen lämnar sin signatur i satellitens data?

Sannolikheten att detta händer kan tyckas ganska liten, men, anmärkningsvärt, en observatör för det tjeckiska institutet för atmosfärsfysik som också är en ivrig "blixtjägare" har tagit fotografier av dessa övergående ljushändelser som inte bara sammanfaller med mätningar som tagits av ESA:s Swarm-satellituppdrag, men också med inspelningar tagna från marken.

Denna extraordinära trevägs-slump leder till bättre insikt i hur denna typ av blixtar sprider sig ut i rymden. Dessutom, dessa nya rön kan potentiellt förbättra vetenskapliga modeller av den joniserade delen av jordens övre atmosfär - jonosfären.

Transienta ljushändelser är optiska fenomen som inträffar högt upp i atmosfären och de är kopplade till elektrisk aktivitet i underliggande åskväder. De är mycket korta, varar från mindre än en millisekund till två sekunder, och sällan sett från marken. De fångas vanligtvis bara av känslig fotoutrustning och, eftersom de avger svagt ljus, fotografier kan bara tas på natten.

Det finns flera olika typer av övergående ljushändelser som sprites, jets och tomtar, var och en med sina egna egenskaper.

sprites, till exempel är stora elektriska urladdningar som sker på en höjd av cirka 50–90 km, ovanför stora åskväderssystem. De ser ut som stora, men svaga blixtar av rött och sker vanligtvis samtidigt som blixten från moln till mark som vi alla känner till.

Forskare har länge varit intresserade av att förstå om blixtar som sprider sig till högre upp i jonosfären kan orsaka fluktuationer i jordens magnetfält. Jonosfären är en mycket aktiv del av atmosfären, reagerar på energin den absorberar från solen. Gaser i jonosfären exciteras av solstrålning för att bilda joner, som har en elektrisk laddning.

Ett papper, publicerades nyligen i Geofysiska forskningsbrev , beskriver hur forskare från forskningscentra i Polen använde magnetfältsdata från ESA:s konstellation av Swarm-satelliter, blixtobservationer från Geostationary Lightning Mapper och från det markbaserade World Extremely Low Frequency Radiolocation Array (WERA) för att ge bevis på kopplingar mellan övergående ljushändelser och magnetfältfluktuationer i den övre jonosfären.

Ewa Slominska, från ett litet företag som samarbetar med Polens rymdforskningscenter, förklarade, "Blixtnedslag kan generera ultralågfrekventa fluktuationer som läcker in i den övre jonosfären. Det betyder att vissa blixtar är så kraftfulla att de utlöser störningar i jordens magnetfält och fortplantar sig hundratals kilometer uppåt från åskvädret, når höjden av svärmens bana.

"Även om Swarms huvudmål är att mäta långsamma förändringar i magnetfältet, det är uppenbart att uppdraget också kan upptäcka snabba fluktuationer i fältet. Dock, Swarm kan bara göra detta om en av satelliterna är i närheten av det aktiva åskvädret och om blixten är tillräckligt stark."

Janusz Mlynarczyk, från AGH University of Science and Technology i Krakow, Lagt till, "Med de tre stationerna i WERA-systemet, vi kan lokalisera kraftfulla atmosfäriska urladdningar som sker var som helst på jorden och rekonstruera deras viktigaste fysiska parametrar. Detta är möjligt på grund av en mycket låg dämpning av elektromagnetiska vågor med extremt låg frekvens (ELF) som dessa urladdningar genererar.

"Kraftfulla ELF-vågor kan till och med fortplanta sig runt om i världen några gånger och fortfarande vara synliga i våra inspelningar. Sådana kraftfulla källor inkluderar sprite-associerade urladdningar. Den ackumulerade elektrostatiska energin som frigjordes och observerades av Swarm var nära 120 GJ, vilket motsvarar den energi som frigörs vid detonationen av 29 ton TNT.

"Även om vi vet att varje blixtnedslag bär mycket energi, det är tydligt att denna klass av blixtar är mycket kraftfullare. En enda blixtnedslag, som är osynlig för Swarms instrument, bär tillräckligt med energi för att ladda 20 elbilar, men energin som produceras av en övergående lysande händelse skulle räcka för att ladda mer än 800 fordon. "

En anmärkningsvärd aspekt av allt detta är att en av de vetenskapliga teammedlemmarna, Martin Popek, brinner för att fånga sprites, jets och tomtar på kameran. Hans fotografier visar sig vara mycket värdefulla för teamets forskning eftersom de har sammanfallit med mätningar som tagits av Swarm och av markuppsättningen.

ESA:s svärmuppdragsforskare, Roger Haagmans, kommenterade, "Det är häpnadsväckande att Martin lyckas fånga sådana flyktiga händelser på kamera, men det som verkligen är anmärkningsvärt är att hans hängivenhet för den här typen av fotografering har sammanfallit med mätningar från vårt Swarm-uppdrag. Hans bilder ger ytterligare en dimension till forskningen och vi skördar verkligen frukterna av hans engagemang för att hänga ute i kyla och mörker!"