Raketenstarts können fern von den Polen nachtleuchtende Wolken erzeugen, wie die AIM-Mission der NASA zeigt

In der Nähe des Nord- und Südpols der Erde schimmern in der Abend- und Morgendämmerung oft feine, schillernde Wolken hoch am Sommerhimmel. Diese nachtleuchtenden oder nachtleuchtenden Wolken werden manchmal auch weiter von den Polen entfernt gesichtet, mit einer Rate, die von Jahr zu Jahr dramatisch variiert. Laut einer neuen Studie mit dem NASA-Satelliten Aeronomy of Ice in the Mesosphere (AIM), der vom Explorers Program Office im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, verwaltet wird, sind morgendliche Raketenstarts teilweise für das Erscheinen der unteren Breitengrad Wolken.

„Der Weltraumverkehr spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung und Variation dieser Wolken“, sagt Michael Stevens vom Naval Research Laboratory, der Hauptautor eines Artikels, der die Ergebnisse in der Zeitschrift berichtet Erd- und Weltraumwissenschaft. Dies ist ein wichtiger Befund, da Wissenschaftler versuchen zu verstehen, ob die Zunahme von leuchtenden Nachtwolken mit dem Klimawandel, menschenbezogenen Aktivitäten oder möglicherweise beidem zusammenhängt.

Erstmals Ende des 19. Jahrhunderts dokumentiert, sind leuchtende Nachtwolken die höchsten Wolken in unserer Atmosphäre. Während Regenwolken normalerweise nicht mehr als 10 Meilen (16 Kilometer) über die Erdoberfläche aufsteigen, schweben leuchtende Nachtwolken etwa 50 Meilen (80 Kilometer) hoch in einer Schicht der Atmosphäre, die als Mesosphäre bezeichnet wird. (Aus diesem Grund werden sie auch als mesosphärische Wolken bezeichnet.) Sie leuchten nachts, weil sie so hoch oben sind, dass das Sonnenlicht sie erreichen kann, selbst nachdem die Sonne für Beobachter am Boden untergegangen ist. Diese hochfliegenden Wolken entstehen, wenn Wassereiskristalle auf Meteoritenrauchpartikeln kondensieren – winzige Trümmerstücke von Meteoren, die in unserer Atmosphäre verbrannt sind.

Leuchtende Nachtwolken treten am häufigsten in hohen Breiten auf, in der Nähe der Erdpole (wo sie auch als polare mesosphärische Wolken bekannt sind), aber sie treten manchmal weiter von den Polen entfernt auf, unterhalb des 60. Breitengrades. Zwischen dem 56. und 60. Grad nördlicher Breite (über Gebieten wie Südalaska, Zentralkanada, Nordeuropa, Südskandinavien und Südzentralrussland) kann die Häufigkeit dieser Wolken beispielsweise von einem Jahr bis um den Faktor 10 variieren der nächste.

Frühere Studien zeigten, dass Wasserdampf, der durch Starts von Space Shuttles in die Atmosphäre freigesetzt wird, eine Zunahme von leuchtenden Nachtwolken in der Nähe der Pole verursachen kann. „Das Vorherrschen von nachtleuchtenden Wolken in mittleren Breiten ist jedoch geheimnisvoll und die zugrunde liegende Ursache umstritten“, sagte Stevens. Das letzte Space Shuttle startete 2011, aber seitdem haben andere Raketen Satelliten und Menschen ins All befördert und der Atmosphäre Wasserdampf hinzugefügt. „Diese Studie zeigt, dass der Weltraumverkehr, selbst nachdem die Starts von Space Shuttles eingestellt wurden, die Jahr-zu-Jahr-Variabilität der leuchtenden Nachtwolken in den mittleren Breiten kontrolliert“, schloss Stevens.

Stevens und sein Team untersuchten Beobachtungen von leuchtenden Nachtwolken, die vom Cloud Imaging and Particle Size (CIPS)-Instrument auf dem AIM-Satelliten der NASA aufgenommen wurden, der 2007 gestartet wurde, um zu untersuchen, warum sich nachtleuchtende Wolken bilden und im Laufe der Zeit verändern.

Das Team verglich die Beobachtungen von AIM mit dem Zeitpunkt von Raketenstarts südlich von 60 Grad nördlicher Breite. Die Analyse ergab eine starke Korrelation zwischen der Anzahl der Starts, die zwischen 23:00 und 10:00 Uhr Ortszeit stattfanden, und der Häufigkeit von leuchtenden Nachtwolken in den mittleren Breiten, die zwischen 56 und 60 Grad nördlicher Breite beobachtet wurden. Mit anderen Worten, je mehr morgendliche Starts es gab, desto mehr leuchtende Nachtwolken erschienen in den mittleren Breiten.

Die Forscher analysierten auch die Winde direkt über leuchtenden Nachtwolken und stellten fest, dass die nach Norden reisenden Winde während dieser morgendlichen Starts am stärksten waren. Dies deutet darauf hin, dass Winde die Abgase von morgendlichen Raketenstarts in niedrigeren Breiten, beispielsweise aus Florida oder Südkalifornien, leicht zu den Polen tragen können. Dort verwandelt sich der Raketenabgas in Eiskristalle und senkt sich zu Wolken.

Darüber hinaus zeigten die Beobachtungen weder einen allgemeinen Aufwärts- oder Abwärtstrend in der Häufigkeit von leuchtenden Nachtwolken in den mittleren Breiten über die Dauer der Studie noch eine Korrelation zwischen ihrer Häufigkeit und dem 11-jährigen Sonnenzyklus, was darauf hindeutet, dass Änderungen der Sonneneinstrahlung dies nicht sind wodurch die Wolken von einem Jahr zum nächsten variieren.

„Änderungen in der Anzahl leuchtender Nachtwolken in mittleren Breiten korrelieren mit morgendlichen Raketenstarts, was mit dem Transport von Abgasen durch atmosphärische Gezeiten übereinstimmt“, schloss Stevens.

„Diese Forschung, die Änderungen in der mesosphärischen Wolkenhäufigkeit mit Raketenstarts in Verbindung bringt, hilft uns, die beobachteten langfristigen Änderungen beim Auftreten dieser Wolken besser zu verstehen“, sagte John McCormack, Wissenschaftler des Heliophysics-Programms der NASA am Hauptsitz der Agentur in Washington, der dazu beigetragen hat die Studium.

Wenn sich die Atmosphäre nahe der Erdoberfläche erwärmt, kühlt sich die Mesosphäre ab und mehr Wasserdampf gelangt in die obere Atmosphäre. Beide Effekte könnten das Kondensieren von Wasserkristallen und die Bildung leuchtender Nachtwolken erleichtern. Die Beobachtungen von AIM, zusammen mit den Bemühungen, die Wolkenbildungsprozesse unter sich ändernden atmosphärischen Bedingungen zu modellieren, helfen den Wissenschaftlern zu verstehen, wie stark Veränderungen in leuchtenden Nachtwolken auf natürliche Weise induziert werden und wie stark sie durch menschliche Aktivitäten beeinflusst werden.