(Jan Erik Paulsen/Flickr/CC BY 2.0) Jos olet oikeassa paikassa oikeaan aikaan ja käännät katseesi taivaalle, saatat nähdä jotain aavemaisen kaunista: pilven sirpaleet korkealla taivaalla, hehkuvat pehmeästi, vaikka aurinko on jo luisunut. horisontin alapuolella.
Nämä ovat hämäriä tai yöllä paistavia pilviä, jotka ilmestyvät hämärässä pääasiassa kesäkuukausina korkeilla leveysasteilla (mutta niitä ei koskaan havaita napapiirin sisältä). Ne koostuvat jääkiteiden kokoelmista korkealla ilmakehässä, mesosfäärin korkeudessa 76-85 kilometriä (47-53 mailia) maan pinnan yläpuolella.
Nämä viivat ovat liian himmeitä näkyäkseen päivällä, mutta kun Auringon on pudonnut horisontin alapuolelle, sen viimeiset säteet ulottuvat korkealle ilmakehään, vaikka itse tähti ei ole enää näkyvissä planeetan pinnalta. Siellä nämä säteet valaisevat pilvet ja saavat ne hehkumaan tummuvaa taivasta vasten. Tästä syystä nämä hehkuvat pilvet tunnetaan myös nimellä mesosfäärin napapilviä .
Ne ovat poikkeuksellisen kauniita – ja mahdollisesti myös erittäin tieteellisesti hyödyllisiä.
'Näissä pilvissä on herättänyt suurta kiinnostusta niiden herkkyys – niitä esiintyy juuri elinkelpoisuuden rajalla yläilmakehässä, missä on uskomattoman kuivaa ja uskomattoman kylmää.' sanoi avaruusfyysikko Richard Collins Alaskan yliopistossa Fairbanksissa.
'Ne ovat erittäin herkkä indikaattori yläilmakehän muutoksista – lämpötilan ja/tai vesihöyryn muutoksista.'
Collins ja hänen tiiminsä ajattelivat, että näillä pilvillä saattaa olla jotain tekemistä vesihöyryn läsnäolon kanssa yläilmakehässä. Joten he tekivät ainoan järkevän teon: he latasivat suborbitaalisen raketin vedellä ja ampuivat sen taivaalle Alaskan yläpuolella nähdäkseen, voisivatko he tehdä hämärä pilvi.
Varmistaakseen, etteivät he sekoittaneet keinotekoisia pilviä luonnossa esiintyviin pilviin, he päättivät laukaista raketin aamunkoittoa edeltävälle talvitaivaalle, jolloin olosuhteet näyttävät olevan paljon vähemmän suotuisat luonnolliselle hämäräpilvien muodostumiselle kuin kesällä.
26. tammikuuta 2018 Super Soaker -rakettitehtävä laukaistiin yhdellä raketilla kuulostava raketti kuljettaa 220 kiloa (485 puntaa) vettä kahdessa kanistereessa. Kaksi muuta luotainrakettia lensi mukana, ja ne kantoivat trimetyylialumiinia (TMA) olevia merkkiaineita seuratakseen tuulen liikettä.
Veden vapautumisen maatesti. (NASA:n Wallops Flight Facility)
85 kilometrin korkeudessa vesi vapautui valtavassa huminassa. Vain 18 sekuntia myöhemmin maanpäällisen Rayleigh LIDAR:n lasersäde havaitsi heikon noktiluentin pilven. Kolmen minuutin aikana pilvi näytti laskeutuvan 92 kilometrin (57 mailin) huippukorkeudesta 78 kilometriin (48 mailia).
Selvittääkseen, mitä tapahtui ja miksi pilvi muodostui, tiimin piti olla luova. Vaikka heillä oli ilmakehän lämpötilamittauksia, heillä ei ollut suoria mittauksia pilven lämpötilasta, joten he suorittivat simulaatioita hämäräpilven muodostumisesta. Simuloidut olosuhteet, joissa pilvi muodostui, antoivat ryhmälle mahdollisuuden päätellä lämpötilan muutoksesta, jonka on täytynyt tapahtua kokeessa.
(NASA:n Wallops Flight Facility/Poker Flat Research Range/Zayn Roohi)
Edellä: Timelapse Super Soaker -julkaisusta. Vasemmassa yläkulmassa näkyvä vihreä lasersäde on keinopilven mittaamiseen käytetty LIDAR-säde.
Ainoa tapa, jolla pilvi muodostui, oli lämpötilan pudotus noin 25 celsiusastetta (45 Fahrenheit-astetta). Tämä viittasi siihen, että itse säiliöistä vapautuneen vesihöyryn läsnäolo oli vastuussa lämpötilan laskusta. Kosteuden lisääntyminen nosti myös pakkaspisteen lämpötilaa, kun vesihöyry tiivistyy jääkiteiksi.
Lämpötilan laskun ja jäätymispisteen nousun yhdistelmä mahdollistaa kahden lämpötilan risteyksen, mikä puolestaan saa vesihöyryn jäätymään jääkiteiksi.
'Tämä on ensimmäinen kerta, kun joku on kokeellisesti osoittanut, että mesosfäärin polaaristen mesosfääripilvien muodostuminen on suoraan yhteydessä itse vesihöyryn aiheuttamaan jäähtymiseen.' sanoi avaruusfyysikko Irfan Azeem ilmailu- ja avaruusyhtiö Astra, LLC.
Tämä voi selittää tutkijoiden mukaan, miksi hämärät pilvet näyttävät seuraavan avaruuslaukaisuja. Vesihöyry on yleinen jätevesi avaruusalusten pakokaasuissa, ja tutkijat ovat havainneet yhteyden useaan otteeseen arktisen kesän aikana.
Napaisessa mesosfäärissä tapahtuu kesällä sitä, mitä tutkijat kutsuvat 'pysyväksi ja voimakkaaksi' nousuksi, joka todennäköisesti kuljettaa vesihöyryä alempana ja saa aikaan saman vaikutuksen, jonka ryhmä näki Super Soaker -kokeessaan.
'Tämä saattaa selittää, miksi avaruusliikenteen aiheuttamaa mesosfääripilvien muodostumista havaitaan helpommin kesällä kuin talvella.' he kirjoittivat paperissaan .
'Kuitenkin vaikka avaruusliikenteen pakokaasut toimivat mesosfääripilvien tuotannon säiliönä, tämä tutkimus viittaa siihen, että pakokaasu voi myös aktiivisesti jäähdyttää mesosfääriä ja aiheuttaa mesosfääripilvien muodostumista jopa napatalvella.'
Noctilucent-pilvien tarkkailijoilla voi siis olla uusi tapa ennustaa, milloin ne tapahtuvat: seuraamalla tarkasti avaruuden laukaisuaikatauluja.
Ryhmän tutkimus on julkaistu Journal of Geophysical Research: Space Physics .