Blitzortung

Blitze werden über ein Netz von fest installierten Sensoren geortet, welche die vom Blitz ausgesandte elektromagnetische Strahlung messen und die Ankunftszeit oder Richtung des Signals auswerten. Aus den Messungen mehrerer Stationen wird der exakte Einschlagpunkt rechnerisch bestimmt. Die Zeit wird an jeder Station mit GPS synchronisiert; so sind Zeitfehler zwischen weit entfernten Stationen auf wenige hundert Nanosekunden begrenzt.

Blitze

Blitze sind vorübergehende elektrische Entladungen mit hoher Stromstärke, die auftreten, wenn zwei Bereiche ausreichend unterschiedliche elektrische Ladungen aufnehmen.

Der gesamte Blitzvorgang beginnt mit Vorentladungen, die den Entladungskanal aufbauen. Innerhalb einiger Zehntelsekunden beginnt die Hauptentladung, die ihrerseits von weiteren Teilentladungen im Abstand von hundertstel bis tausendstel Sekunden gefolgt wird. Durch die explosionsartige Erhitzung der Luft im Blitzkanal (innerhalb von Mikrosekunden auf ca. 30.000 Grad) entsteht der nachfolgende Donner.

Obwohl wir Blitze am ehesten mit Gewitterwolken, auch bekannt als Cumulonimbus-Wolken, in Verbindung bringen, sind diese nicht die einzige Quelle.

Blitze können innerhalb von Wolken, zwischen Wolken, zwischen Wolken und Erde, zwischen Wolken und Luft und sogar in klarer Luft an einem strahlenden Sonnentag auftreten.

Blitzschläge stehen in engem Zusammenhang mit Gewittern und werden daher zur Überwachung der Entstehung, Entwicklung, Verfolgung und Klassifizierung von Gewittern verwendet. Die Häufigkeit von Blitzschlägen und deren Veränderungen sind gute Indikatoren für schwere Gewitter und starke Niederschläge. Echtzeitinformationen über Blitzschläge sind auch ein wichtiges Instrument für diejenigen, die die Strominfrastruktur verwalten, um das Schadenspotenzial zu minimieren.

Vor der Einführung von Satellitenbeobachtungen wurde die weltweite Blitzüberwachung nur in begrenztem Umfang mit bodengestützten Radiofrequenzsensoren (RF-Sensoren) durchgeführt. Aufgrund der geringen Reichweite der bodengestützten Sensoren wurden Ozeane und dünn besiedelte Gebiete jedoch nur unzureichend erfasst.

Blitzmonitoring per Satellit

Seit ihrer Einführung ermöglichen Erdbeobachtungssatelliten mit Blitzsensoren weltweite Beobachtungen. Einige Regionen werden jedoch aufgrund der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO), in der sich viele der Satelliten befinden, immer noch stärker beobachtet als andere. Blitzbeobachtungssatelliten in einer geostationären Umlaufbahn haben den Vorteil, dass sie Gebiete gleichmäßiger beobachten und auch einen Sturm während seiner gesamten Lebensdauer beobachten können.

Verschiedene Aspekte von Blitzen können untersucht und gemessen werden, darunter elektrischer Strom, Magnetfeld und Strahlung. Die typischen Blitzsensoren, die in Erdbeobachtungssatelliten verwendet werden, befassen sich jedoch mit dem Zeitpunkt, dem Ort, der Helligkeit, der Größe und der Dauer von Blitzeinschlägen.

Bei einem Blitzschlag absorbieren Atome in der Atmosphäre einen Teil der Energie, die dann in bestimmten Wellenlängen wieder abgegeben wird. Sauerstoffatome emittieren Photonen mit einer Wellenlänge von 777 nm, der intensivsten der verschiedenen emittierten Banden. Aus diesem Grund erfassen Blitzsensoren auf Satelliten ausschließlich Nahinfrarotstrahlung (NIR) mit einer Wellenlänge von 777 nm.

Relevante Satellitenmissionen

Meteosat Third Generation (MTG)	MTG ist eine Satellitenkonstellation, die gemeinsam von der ESA und der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) geleitet wird und deren Ziel es ist, die Wettervorhersagekapazitäten zu verbessern. Der Start des ersten Satelliten erfolgte im Dezember 2022. Die Konstellation besteht aus zwei Bildgebungssatelliten (MTG-I1 und MTG-I2) und einem Sondierungssatelliten (MTG-S1)11). Die Lightning Imagers (LIs) an Bord von MTG-I1 und MTG-I2 werden sich entwickelnde Gewitter über Europa und Afrika mit einer räumlichen Auflösung von weniger als 10 km beobachten. MTG-I1 wurde Ende 2022 gestartet, und die ersten Blitzdaten seines LI wurden am 24. März 2024 veröffentlicht und können hier eingesehen werden. Die übrigen MTG-Satelliten werden in naher Zukunft gestartet.
Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES)	Die aktuellen Versionen GOES-R ist eine Serie von vier geostationären Wettersatelliten, die von der NASA und der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) betrieben werden und zwischen 2016 und 2024 gestartet wurden. Der Geostationary Lightning Mapper (GLM), mit dem alle Satelliten ausgestattet sind, war der erste Blitzdetektor an Bord eines geostationären Satelliten.
FENGYUN	Die aktuellen Versionen FY-4 sind eine Serie von sieben geostationären Wettersatelliten, die von der chinesischen Wetterbehörde (CMA) betrieben werden. FY-4A und FY-4B wurden 2016 bzw. 2021 gestartet, fünf weitere sind für die Zukunft geplant. Der Lightning Mapping Imager (LMI) an Bord von fünf der sieben Satelliten beobachtet mit einer räumlichen Auflösung von 7 km.
ISS Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM)	Der Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) wurde im April 2018 auf der ISS installiert. Er ist ein Instrument, das von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) betrieben wird. Ein Instrument dieser Baugruppe ist das Modular Multispectral Imaging Array (MMIA), das aus zwei optischen Schmalbandkameras und drei Photometern besteht. Sein Zweck ist die Beobachtung und Kategorisierung von Blitzeinschlägen und transienten leuchtenden Ereignissen (TLEs) wie Blue Jets, Sprites und Elves.
ISS Lightning Imaging Sensor (LIS)	Das Ersatz-LIS von TRMM wurde im Februar 2017 gestartet und an die ISS angebracht. Das LIS war Teil des Moduls des Verteidigungsministeriums der Vereinigten Staaten von Amerika (USA), genauer gesagt dessen wissenschaftlicher und technologischer Nutzlast für das Weltraumtestprogramm (STP). Mit der geneigten Umlaufbahn der ISS von 51,6° konnte LIS alle Blitzereignisse beobachten, die auf der Erde in einem Breitengrad von +/- 55° auftraten. Diese Abdeckung, die größer war als die +/- 38° des TRMM, ermöglichte eine nahezu globale Blitzbeobachtung. LIS wurde im November 2023 außer Betrieb genommen.
Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)	Launched in November 1997, the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) was a research satellite jointly developed by the National Aeronautics and Space Administration (NASA) and the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). For the mission, two Lightning Image Sensors (LISs) were designed by the University of Alabama, and developed by the Marshall Space Flight Centre (MSFC). TRMM equipped one sensor, whilst the other was placed in storage for 20 years until it was sent up to the International Space Station (ISS) as part of the ISS:LIS mission9). The TRMM ended in 2015.
OrbView	OrbView-1 aus der OrbView-Serie wurde im April 1995 gestartet und war ein kommerzieller Satellit, der von GeoEye (früher bekannt als Orbital Image Corporation) entwickelt wurde. GeoEye fusionierte im Januar 2013 mit DigitalGlobe. Die Hauptnutzlast von OrbView-1 war sein Optical Transient Detector (OTD), ein Blitzbildgeber, der vom Marshall Space Flight Center der NASA bereitgestellt wurde. Der OTD beobachtete einen Streifen von 1300 km mit einer räumlichen Auflösung von 10 km. Die Mission von OrbView-1 endete im Jahr 2000.

Weitere Informationen:

Blitzortung

Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)