在地球上层大气发生的雷暴对我们来说一直是个谜：科学家并不能够直接用仪器观测到；它们对探测气球来说太高了，然而对气象卫星来说又太低了。而冒险者又通常对在雷暴中飞行或在山顶露营等待雷暴此类行动兴趣不大。
不过，一项在国际空间站上进行的研究即将解决这一尴尬。欧洲航天局（European Space Agency，ESA）的大气空间相互作用检测器（Atmosphere-Space Interactions Monitor， ASIM）由一系列光学镜头，光度计和一个装在空间站外哥伦布实验舱上的大型 X 和 γ 射线探测器组成。在最少两年内，它将持续观测雷暴在高层大气（平流层和中间层）到电离层（空间的边缘）形成的放电现象。这一观测设备将使得研究雷暴和它们对地球大气和气候的影响成为可能。
由于诸多优势，空间站将是这项研究的一个理想的观测平台：
1）它的近地轨道目前在高度上是人类活动最接近高层大气现象的位置。
2）而这个轨道在地理上又能够完全覆盖热带和亚热带地区： 尽管此前这些地区有着最强烈的雷暴，科学家却很难开展观测活动。
3）最后，在空间站上能够观测到原本在陆地观测会被大气吸收部分的光，从而使观测更完整。
高层大气放电被称为瞬态发光现象（TLEs），包括一系列名字源于童话故事的多彩现象：精灵（sprites），淘气精灵（elves） 和 巨人（giants）。
其中，“精灵”（Sprites）是中间层被击穿造成的闪光。“蓝色喷流”是通过平流层向上的放电。“淘气精灵”（elves， abbr. Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources，电磁脉冲源造成的甚低频扰动与发光现象，由氮气分子激发造成）则是从电离层底部边缘的电磁脉冲引发的向外发散的同心环。“巨人”（Giants）是从雷暴顶部到电离层底部的大型击穿放电现象。地球伽马射线闪（terrestrial Gamma Ray Flashes，TGFs）是一种在雷暴顶部产生的闪光现象。已有证据表明，这些现象中一些是由逃逸的电子放电造成。
图丨由雷暴导致的高层大气现象。（来源: DTU Space）
20 世纪 20 年代， 英国科学家威尔森（C.T.R. Wilson） 因为研发了能够观测宇宙射线和 X 射线电离辐射的云室（cloud chamber）而获得诺贝尔物理学奖。他当时预测，放电现象能在雷暴上方的大气中间层发生。而雷暴的电场可以加速常规电子为相对论电子（当电子速度接近光速， 此时狭义相对论影响显现）。由于设备灵敏度不够，这一预测直到 1993 年 NASA 的康普顿伽马射线天文台观测到雷暴上方 X 射线闪光时才有定论。
在 1990 年，对精灵（sprite）的观测被第一次记录下来。此后，科学家们在地面和空中观测过程中均发现了大量的雷暴上方的放电现象，而低轨航天器也观测到了 X 和伽马射线辐射。
ASIM 对这些超高海拔、地面难测的现象进行了全面的测量，来确定他们的物理原理以及与闪电的关系。研究也涉及了高空云的形成过程，并确定了雷暴扰动高层大气的原因。它增进了我们对雷暴对地球大气影响的认识，并且有助于改进大气模型和气象气候预测。
丹麦科技大学国家空间研究所的首席研究员 Torsten Neubert 说：“从高空观测能够让我们在研究这些现象时避开云的遮挡。在 ASIM 的帮助下，我们能够更好的理解高层大气闪电形成的复杂过程。这也是普通闪电形成过程的一部分。尽管两种闪电有着不同的外在形式。”
研究也有助于探明雷暴对大气、电离层和辐射带的影响，并且能够监测进入地球大气的流星和他们对大气的影响。比如，在雷暴云顶部的蓝色喷流会改变温室气体的浓度，这是雷暴改变平流层的另一种方式。
“通过这个研究，我们还可以了解雷暴云和平流层中间层的细微结构，此前我们对这些所知甚少。”Neubert 表示。 基于 2015 年 ESA 宇航员 Andreas Mogensen 在空间站上拍摄的视频， 科学家已经对造成此类大气活动的云的类型掌握了更多信息，并发现这些闪电源自距地面 17 千米高度的云。 “这些是对顶层雷暴云活跃程度的第一个可靠科研记录”Neubert 补充道。
ASIM 的观测也帮助我们更好理解了沙尘暴、城市污染物、森林火灾和火山对云的形成和充电的影响，以及暴风眼的闪电活动与雷暴强度的关系。
