Lysende natskyer

  • Er lysende natskyer et tegn på igangværende klimaændringer? 
  • Hvordan opstår vanddamp så højt i mesosfæren?
  • Hvorfor er forekomsten af lysende natskyer så høj under solmaksimum 2013?
  • Har lysende natskyer kun eksisteret siden 1885?
  • Hvilke kerner dannes iskrystallerne omkring?
  • Hvilken form har iskrystallerne?
  • Hvilke processer foregår i og omkring mesosfæren?
  • Hvilke processer heraf sker under indflydelse af den humane adfærd, findes der kunstige lysende natskyer?
  • Mysterierne omkring lysende natskyer er langt fra løst endnu, men forskerne arbejder på sagen.

Mesopausen er hjemsted for lysende natskyer, også kaldet Noctilucent Clouds eller NLC. Højden er typisk omkring 83 km men svinger lidt. Under de rette betingelser, med hensyn til blandt andet temperatur/frysepunkt og forekomst af vanddamp, kan der dannes et meget tyndt lag af iskrystaller, der dispergerer lyset fra Solen, der i nattetimerne befinder sig omkring 10-15 grader under horisonten i en omtrentlig nordlig retning og derfra kan oplyse mesopausen.

Danmark ligger optimalt placeret for NLC observation, med hensyn til breddegrader, men NLC kan ses både et stykke nord og syd for Danmark. Sæsonen starter typisk i slutningen af maj måned og slutter midt i august. Sommerens lysende natskyer – NLC, kaldes også for polarmesosfæriske skyer – PMC, ikke at forveksle med vinterens polarstratosfæriske skyer – PSC, der i daglig tale kaldes perlemorsskyer. Sidstnævnte befinder sig tydeligvis i stratosfæren og udviser typisk et spektakulært farvespil i alle mulige iriserende farver, i modsætning til de lysende natskyer, der nærmest er sølvfarvede, eller hvidlige måske med et let blåligt skær. At NLC alligevel ofte ses i et flot farvespil, skyldes alene atmosfærens spredning af de korte blålige bølgelængder, i atmosfæren under de lysende natskyer, det fænomen der giver de røde solnedgange. Perlemorsskyer kræver en meget kold stratosfære, de ses derfor mest om vinteren på meget nordlige breddegrader, nogle gange også så langt sydpå som i Danmark. Perlemorsskyer har i øvrigt en uheldig tendens til, at medvirke til nedbrydning af ozon.

NLC

Himlens skumringsfarver dannes i atmosfæren under de lysende natskyer. De korte blålige bølgelængder spredes mest i atmosfæren, derfor når kun de langbølgede rødlige farver igennem til den nederste del af billedet. Ved den næsten vandrette synsretning, skal lyset passere ”den lange vej” igennem en stor del af atmosfæren, hvormed de blålige farver spredes og forsvinder.  

 

NLC-2013-7-18

Lysende natskyer har ofte smukke tyngdebølger, time-lapse videoen herunder viser, at der normalt er en flot dynamisk bevægelse i atmosfærens grænselag mesopausen.

 

Af grunde der endnu ikke er helt forståede og forklarede, kan der åbenbart dannes iskrystaller helt deroppe, på tærsklen til rummet, hvor det egentligt ikke burde være muligt. Iskrystallerne dannes formodentlig på kerner af små partikler, fx rester af mikrometeorider. Det ligger klart, at iskrystallerne er små (30-200 nm), men man kender ikke formen på krystallerne, ifølge Alexander A. Kokhanovsky, Microphysical and optical properties of noctilucent clouds. I troposfæren dannes iskrystaller i mange forskellige former og størrelser, afhængig af forholdene i skyen. Hvilken form iskrystallerne antager i mesospausen er meget usikkert, måske nåleformede, men det kræver yderligere studier at finde ud af det.

 

 

needle cluster

Forskellige troposfæriske iskrystalformer. 

Det er almindeligt antaget, at man først observerede NLC i 1885, efter et gevaldigt vulkanudbrud fra Krakatoa, der angiveligt pumpede tonsvis af vanddamp og aske højt op i mesosfæren. Om der faktisk eksisterede NLC før 1885 er naturligvis vanskeligt at sige med sikkerhed, måske var de bare svage og fik ingen opmærksomhed? Ud over vulkaner, kan raketopsendelser efterlade vanddamp og støv i atmosfæren, både i stratosfæren og i mesosfæren. Dispergeret sollys herfra kan nogle gange ses på himlen efter solnedgang. Fx kunne man kort efter det forholdsvis store russiske meteoritnedfald ved Chelyabinsk i 2013, se noget der lignede lysende natskyer – i  februar, altså helt udenfor NLC-sæsonen.

meteorer

Jordens atmosfære rammes hvert døgn af omkring 44 tons meteorider ifølge NASA, langt det meste i form af mikrometeorider. Større meteorider ses som lysende meteorer på himlen. Større meteorer kan overleve faldet og lande på jorden som en meteorit.

zodiakallyset

Det interplanetariske rum i solsystemets baneplan indeholder store mængder støv eller mikrometeorider, det ses som zodiakallyset. Den skæve kegleform strækker sig fra horisonten, forbi Plejaderne til Mælkevejen. Denne store støvskive er tættest nær Solen, men strækker sig ud til de store gasplaneter.

Solens aktivitet svinger op og ned, i en cyklus på omkring 11 år. Der har vist sig en tendens til, at NLC er stærkere og hyppigere under solminimum, vi var i 2013 nærheden af et solmaksimum, så aktiviteten burde være svagere end gennemsnittet. Hvis man følger med på SpaceWeather.com, vil man vide at forskere fra NASA tilsyneladende mener, at det er bemærkelsesværdigt, at NLC-sæsonen startede lidt tidligere end forventet i 2013 og aktiviteten var ret kraftig. De første danske NLC i 2013 blev i øvrigt fotograferet den 24. maj i Silkeborg. På den anden side, så er det pågældende solmaksimum ca. 1,5 gange svagere, end et typisk solmaksimum, ifølge svenske forskere. Af denne grund synes de svenske forskere ikke, at det er specielt underligt, at se NLC lidt tidligt og tydeligt i 2013, i forhold til et typisk solmaksimum.

solcyklus

Solens aktivitet fra 1947 til 2013.

Amerikanske forskere funderer over, om øget NLC forekomst kan være en tidlig advarsel om klimaændringer, nyere data fra NASA-projektet AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere) indikerer, at det kunne være en mulighed. Ifølge Prof. James Russell fra AIM, kan øgede metan-emissioner finde vej til den øvre atmosfære, her undergå en serie reaktioner med ilt, hvormed der dannes vanddamp, der så danner meget små iskrystaller på de tilstedeværende partikler – dermed opstår flere lysende natskyer. AIM data er dog ikke tilstrækkelig langsigtede, til at man herfra kan drage nogle konklusioner omkring klimaændringer.

strip

Grafik: Prof. James Russell, Hampton Universitet. (kilde: science.nasa.gov)

Andre amerikanske forskere mener, at solvinden kan skabe vand på overfladen af interplanetariske støvpartikler. Disse støvpartikler rammer dagligt Jordens atmosfære og kan potentielt medbringe vand hertil. Brint ionerne i solvinden bombarderer silicat-krystallerne i de interplanetariske støvpartikler, og efterlader ilt der nemmere reagerer med brint – og danner mikroskopiske søer af vand på støvpartiklerne. Ud over vand, kan støvpartiklerne indeholde organiske kulforbindelser, altså tilføre en planet de vigtigste ingredienser, der skal til for at der opstår liv. (University of Hawaii)

Dr. Peter Dalin fra Institut for Rumfysik i Kiruna, har i en årrække haft et langsigtet projekt kørende, med kontinuerlige optagelser af NLC hver nat i sæsonen, år efter år, i et netværk af observatører rundt om 53-56. nordlige breddegrad, placeret i Sverige, Litauen, Moskva, Novosibirsk, Kamchatka, Canada, Skotland og i Danmark. Projektet skal blandt andet påvise en evt. langsigtet udvikling i lysstyrken og forekomsten af NLC. Data herfra viser indtil nu ingen, eller kun en lille øgning i lysstyrken fra de lysende natskyer, gennem de seneste 50 år. Projektet skal i øvrigt bidrage til en bedre generel forståelse for fænomenet samt de videnskabelige udfordringer.

NLC-netværk

 

Kunstige lysende natskyer

De senere år er der fotograferet ”kunstige” lysende natskyer i Danmark, den 27. juni 2011 og den 8. juni 2013, begge gange forårsaget af raketopsendelser i Rusland. Observationen i 2011 er veldokumenteret og viser blandt andet, at kunstige lysende natskyer kan opstå i mesopausen, efter en raketopsendelse, og derefter bevæge sig over store afstande. Dr. Peter Dalin, IRF m.fl. har lavet en videnskabelig artikel herom, der er accepteret til publicering på Journal of Geophysical Research – Atmospheres. “Optical studies of rocket exhaust trails and artificial noctilucent clouds produced by Soyuz rocket launches”

NLC-rocket1

Den lyse stribe/bue er mesosfæriske skyer – eller kunstige lysende natskyer, set over Danmark efter en raketopsendelse i Rusland i 2011. 

Ifølge artiklen var striben, i mesopausen forårsaget af rakettens udstødning, meget vedholdende i sin fremtoning. Der var næsten ingen ændring, mens den i løbet af 9 timer bevægede sig fra Plesetsk i Rusland, via Danmark til Skotland. Dette indikerer ekstremt stabile atmosfæriske forhold, episoden introducerer et nyt stadie i sommer mesosfæren – ”bemærkelsesværdigt rolige forhold”, hvilket formodentlig ikke er observeret før. Normalt er forholdene om sommeren i mesosfæren meget turbulente, med tyngdebølger som det ses i billederne øverst.

Samtidige optagelser fra Silkeborg og Aarhus viser en unik kombination af 2 sjældne atmosfæriske fænomener; naturlige lysende natskyer og kunstige lysende natskyer, skabt af udstødningsgas fra en raket. Optagelserne muliggør også en beregning af fænomenernes højde og horisontale udstrækning. De naturlige NLC var i en højde af 82,09 til 83,98 km, hvilket er typisk. De kunstige NLC var i en højde af 68 til 77 km, med en horisontal længde på omkring 310 km og horisontal tykkelse på striben på 5-9 km.

NLC-rocket2

Kunstige NLC efter raketopsendelsen ses midt i billedet, de naturlige NLC ses samtidigt længere til højre og nede i billedet. De mørke skyer er almindelige skyer i troposfæren. 

På denne time-lapse video, der tydeligt viser striben med de kunstige NLC og de naturlige NLC, der begge bevæger sig fra øst mod vest, med en hastighed svarende til 150-200 km/t, hvilket er en typisk vindhastighed i mesosfæren om sommeren.

Rocket-trail_2013-6-8

 Kunstige NLC efter raketopsendelsen i 2013 ses under skyerne midt i billedet herover.

Noctilucent Clouds

Lysende natskyer med tydelige tyngdebølger, minder lidt om et meget tyndt lag røg i den øvre atmosfære, hvor stjernerne tydeligt ses igennem. Bør mesopausen blive røgfri zone, af hensyn til klimaet, eller er der måske ikke en væsentlig direkte sammenhæng mellem klimaændringer og forekomsten af lysende natskyer?… det bliver spændende at følge forskningens fremskridt på området. 

Jorden har gennemgået mange naturlige klimaforandringer gennem flere milliarder år, ligeledes har der ”altid” været meteorider og vulkaner, der kan give støv og vanddamp i atmosfæren. Det er derfor svært at tro, at der ikke har eksisteret NLC før vulkanudbruddet i 1885, men det er blot spekulation. Klimaet ændrer sig, det er ganske vist, men hvor meget er naturligt og hvor meget er påvirket af mennesker?

…et godt spørgsmål – svaret hænger i luften.

 

 

til_forsiden