Svensklett rymdforskningsprojekt studerar jordens kallaste fenomen − nattlysande moln

 

− Dessa moln tycks vara känsliga indikatorer för vad som händer i övre atmosfären, bland annat vid ökande utsläpp av växthusgaser i lägre atmosfären, säger Jörg Gumbel, professor i atmosfärsfysik och ansvarig för forskningsprojektet Phocus.

 

Nattlysande moln bildas under extrema förhållanden, högt upp i luften där yttre rymden tar vid. Temperaturen kan bli så låg som -170 C och luften där dessa märkliga ismoln bildas är hundra tusen gånger tunnare än nere vid jordytan. Nattlysande moln är jordens kallaste fenomen och de högsta molnen i vår atmosfär. De bildas på 80-90 kilometers höjd, omkring tio gånger högre än vanliga marknära moln. Därmed finns de långt ovanför det vanliga väderskeendet och långt ovanför ozonskiktet.

 

Vilka kemiska reaktioner pågår där och hur påverkas dessa processer av skeenden i de lägre luftlagren − det är frågor vi hoppas kunna få svar på, säger Jörg Gumbel, och påminner om den viktiga rollen som moln kan spela i den övre atmosfärens kemi, t.ex. vid uppkomsten av ozonhålet i stratosfären.

 

Nattlysande moln uppstår bara under sommaren, beroende på atmosfärens cirkulation och luftenstemperaturfördelning som då råder, förklarar Jörg Gumbel. Molnens namn talar för sig själv. − När solen gått ner under horisonten och den nedre atmosfären ligger i mörker, lyser dessa moln på himlen eftersom de är så höga att de fortfarande träffas av solens strålar. Bäst syns de på breddgrader i höjd med Stockholm. I Kiruna är däremot sommarhimlen för ljus för att se dessa moln med blotta ögat. Här använder vi radar och lidar för att se dessa moln från marken. En lidar är ett instrument som sänder upp en stark laserstråle och så mäter vi på ljuset som sprids tillbaka för att få veta om nattlysande moln finns på plats.

 

För att bilda ismoln behövs tre förutsättningar: Tillräckligt med vattenånga i luften, kall temperatur som gör att vattenångan kondenserar samt mikroskopiska partiklar i luften som vattenångan kan frysa fast vid och bilda iskristaller. Vilka partiklar som finns på tio mils höjd kan ingen med säkerhet säga. 

 

Aldrig tidigare har en raket med så många olika instrument för flera synkroniserade, atmosfäriska studier skickats upp från Esrange. Raketen kommer att svepa fram i ett höjdområde som är för högt att nås av ballonger och för lågt att nås av satelliternas banor. Därför är den här delen av atmosfären, den så kallade mesosfären, så föga utforskad. 

− Genom att nu kunna samla information ”på plats” om de nattlysande molnens partikelsammansättning, elektriska laddningar, kemiska reaktioner, strålning med mera, hoppas vi att bättre kunna förstå hur de uppstår, säger Jörg Gumbel. 

 

Där molnen bildas råder en betydligt aggressivare miljö än vi kan föreställa oss. Molnen bombarderas också av solens energirika, ultravioletta strålar, de strålar som aldrig tränger ner till jordytan tack vare det skyddande ozonskiktet. Mesosfären bombarderas här också oupphörligen av rymdgrus, meteoritsvärmar. Mellan tio till hundra ton rymdgrus tillförs varje dag. Meteoriterna brinner upp i atmosfären och efterlämnar ett metallrikt meteordamm. Solens intensiva bestrålning av luft och vattenånga tillsammans med partikeldammet ger upphov till kraftiga kemiska reaktioner och laddningar i molnen.  

− Genom våra mätinstrument i raketen hoppas vi kunna se hur molnen och den omgivande luften växelverkar.

 

Raketen med dess nyttolast färdas med tusen meter per sekund när den passerar genom de nattlysande molnen, så även om molnlagret är tjockt handlar det om att på bara några sekunder samla mängder av information. Mätinstrumenten måste vara mycket känsliga och snabba. Samtidigt måste de tåla de yttre påfrestningarna t.ex. den höga accelerationen under raketens uppskjutning. 

 

Forskarna har nu under många år studerat nattlysande moln även med hjälp av fjärranalys från satelliter, inte minst med svenska Odin-satelliten. Odin har gett oss helt nya kunskaper om hur molnens förekomst är förknippat med luftens rörelse i helt andra delar av atmosfären. Satellitmätningar indikerar också att nattlysande moln har ökat i styrka.  En teori till ökningen bygger på att utsläpp av växthusgaser på jorden leder till både lägre temperaturer och högre fuktighet i de högre luftlagren, vilket skapar förutsättningar för fler nattlysande moln.

 

− Studier av nattlysande moln är ett verktyg till en bättre förståelse av atmosfären som helhet. Även om vi delar in atmosfären i olika luftskikt − troposfär, stratosfär, mesosfär − hänger processerna i atmosfären ihop. Det som pågår högst där uppe påverkas av vad som sker i de nedersta luftlagren där vi befinner oss. När vi observerar nattlysande moln med Odin och andra satelliter så kan vi lära oss mycket om dessa globala sammanhang. Men för att kunna dra rätt slutsatser från dessa satellitobservationer behöver vi i detalj förstå hur nattlysande moln växelverkar med sin atmosfäriska omgivning. Därför är det så viktigt att kunna genomföra detaljerade undersökningar på plats med raketprojekt som Phocus. Vi behöver förstå mera om de lokala processerna innan vi kan dra viktiga slutsatser om atmosfären som helhet.

 

Jörg Gumbel är professor verksam vid Meteorologiska institutionen vid Stockholms universitet, MISU.

 

Phocus står för Particles, Hydrogen and Oxygen Chemestry in the Upper Summer Mesosphere

och är ett samarbetsprojekt mellan åtta olika forskargrupper från Sverige, Norge, Tyskland, Österrike och USA.

− Det är glädjande med den stora öppenhet och samarbetsvilja som råder. 

 

Phocus nyttolast består av 18 instrument.

 

Meteorologiska institutionen vid Stockholms universitet har tagit fram instrument som fångar partiklar och gör optiska studier av hur ljuset bryts. 

− Vi siktar på att bygga ett internationellt nätverk när vi gör den vetenskapliga analysen av våra resultat. Det kommer att bli många gemensamma möten under 2012.

 

Phocus kostar ca 20 miljoner kronor och Rymdstyrelsen är huvudfinansiär.