Die AIM-Mission der NASA entdeckt die ersten nächtlichen Wolken des antarktischen Sommers

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Der Sommer in der Antarktis ist gekennzeichnet durch Tage, an denen die Sonne nicht untergeht, milde Temperaturen, die bis zum Gefrierpunkt reichen, und elektrisch-blaue Eiswolken.
Die NASA-Mission Aeronomy of Ice in the Mesosphere – kurz AIM – entdeckte am 8. Dezember 2020 die ersten nachtleuchtenden Wolken des Sommers.

In den darauffolgenden Tagen wuchsen die feinen Wolkenfetzen langsam zu leichten Schwaden hoch über der Antarktis heran.

Normalerweise drehen sie sich wie Zuckerwatte zu einer Masse, die die Pole bedeckt, aber diese Saison fängt langsam an, und die Wolken sind spärlicher als sonst.

Die Saison ist auch eine späte Saison: Normalerweise erwarten die Wissenschaftler, dass die antarktischen Eiswolken irgendwann Mitte November erscheinen und bis Mitte Februar andauern.
Die leuchtend blauen und weißen Wolken treiben etwa 50 Meilen über dem Himmel in einer Schicht der Atmosphäre, die Mesosphäre genannt wird.

Im Sommer hat diese Region alle drei Zutaten, die die Wolken zur Bildung benötigen: extrem kalte Temperaturen (mit -215 Grad Fahrenheit ist es der kälteste Teil der Atmosphäre), Wasserdampf und Meteorstaub.

Im Sommer ist die Mesosphäre am feuchtesten, da relativ feuchte Luft, die aus der unteren Atmosphäre aufsteigt, zusätzlichen Wasserdampf mitbringt. Meteorstaub stammt von Meteoren, die zu Staub zermahlen werden, wenn sie durch die Atmosphäre stürzen und verglühen. Nachtleuchtende Wolken bilden sich, wenn Wassermoleküle um den feinen, jenseitigen Staub herum koaleszieren und gefrieren.
Diese Wolken, die auch als polare mesosphärische Wolken bezeichnet werden (da sie sich um den Nord- und Südpol scharen), helfen Wissenschaftlern, die Mesosphäre besser zu verstehen.

Die Mesosphäre ist der Bereich, in dem die neutrale Atmosphäre beginnt, in die elektrisch geladenen Gase des Weltraums überzugehen.

Von der Mesosphäre aufwärts ist die Atmosphäre in ständiger Bewegung, geprägt von der Sonnenaktivität und dem erdnahen Weltraum von oben und der unteren Atmosphäre von unten.

“Jedes Jahr schauen wir uns Dinge an, die vorhersagen könnten, wann die Saison beginnt, und dann beobachten wir und versuchen abzuschätzen, wo unser Verständnis steht”, sagt James Russell, AIM-Hauptforscher an der Hampton University in Virginia. Einige Faktoren, die die Wissenschaftler berücksichtigen, sind saisonale Temperaturen, die Größe des Ozonlochs, atmosphärische Strömungen und Westwinde.
Ungewöhnliches Wetter in der Antarktis ließ die Wissenschaftler spät blühende, nachtleuchtende Wolken erwarten.

Die Größe des Ozonlochs ist auf einem Rekordhoch für diese Jahreszeit.

Westliche Winde wehen ungewöhnlich stark.

Der Polarwirbel, der die kalte Luft über den Polen einschließt, ist ebenfalls sehr groß.

All dies führt zu einem langen Winter, einem späten Frühling und einem langsamen Start in die Saison der nachtleuchtenden Wolken.
Die flüchtigen Wolken helfen den Wissenschaftlern auch bei der Untersuchung von Schwerkraftwellen, die sich bilden, wenn Winde über Störungen an der Erdoberfläche, wie Berggipfel, streichen oder sich über Unwettersystemen wie Gewittern bewegen. Schwerkraftwellen steigen durch den Himmel auf und verbinden die untere und obere Atmosphäre.

Zu beobachten, wie sie auf nachtleuchtende Wolken einwirken, ist eine Möglichkeit zu untersuchen, wie Schwerewellen die gesamte Mesosphäre beeinflussen. Die AWE-Mission der NASA, die im Jahr 2022 startet, wird ebenfalls zur Erforschung von Schwerewellen beitragen und die Beobachtungen von AIM ergänzen.
Es ist einfach zu denken, dass Schwerewellen einfach gerade nach oben kräuseln.

Aber eine Studie Anfang dieses Jahres fand heraus, dass die einflussreichsten Schwerkraftwellen für die Wolken – und das heißt, die obere Atmosphäre – diejenigen sein könnten, die wie eine Rolltreppe nach oben steigen: aufwärts und quer zur gleichen Zeit.

Die Schwerkraftwellen, die sich auf diese Weise fortbewegen, neigen dazu, sich über tropischen Monsunen zu bilden, und steigen dann aus den Tropen auf und über die Breitengrade hinweg.

Die Studie analysierte den Wert von acht Jahreszeiten nachtleuchtender Wolken und kombinierte Beobachtungen von AIM und der TIMED-Mission der NASA.
Als AIM im Jahr 2007 startete, dachten die Wissenschaftler, sie hätten die Beziehung zwischen den nachtleuchtenden Wolken und dem Sonnenzyklus, dem natürlichen 11-jährigen Aktivitätszyklus der Sonne, verstanden.

Aber die Verbindung scheint Anfang 2005 verschwunden zu sein. Nachtleuchtende Wolken reagieren sowohl auf Wasserdampf als auch auf die Temperatur in der oberen Atmosphäre – und der Sonnenzyklus beeinflusst beides in ihrer Höhe. Doch selbst als die Sonne ihr regelmäßiges Auf und Ab durchlief, leuchteten die Wolken mehr oder weniger mit der gleichen Intensität.

Es scheint ein empfindliches Gleichgewicht zu geben, das die Wissenschaftler noch nicht ganz verstehen.
“Nachtleuchtende Wolken werden von Einflüssen von oben, wie der Sonne, aber auch von Einflüssen von unten, wie Schwerkraftwellen, beeinflusst”, sagt Scott Bailey, stellvertretender Leiter der AIM-Untersuchung an der Virginia Tech. “Im Moment sieht es so aus, als ob die Kräfte von unten die Kontrolle haben.”
Der Beginn der antarktischen Nachtwolken-Saison 2020 markiert etwa ein Jahr im aktuellen Sonnenzyklus, der im Dezember 2019 begann.

Da AIM weiterhin die Wolken abbildet, hoffen die Wissenschaftler, dass die wachsende Langzeitaufzeichnung Hinweise auf diese Rätsel liefern wird.
“Seit dem Start von AIM haben wir herausgefunden, dass die Prozesse, die die Wolken steuern, sehr komplex sind”, sagte Russell. “Wir brauchen so viele Daten, wie wir bekommen können.”

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