Aan de vooravond van onze atmosfeer leeft een dunne groep seizoensgebonden elektrisch blauwe wolken. Ze vormen zich in de zomer 50 mijl boven de polen, deze wolken staan ​​bekend als nachtelijke wolken of polaire mesosferische wolken - PMC's. Een recente NASA-ballonmissie van lange duur heeft deze wolken in de loop van vijf dagen waargenomen in hun huis in de mesosfeer. De resulterende foto's, die wetenschappers net begonnen te analyseren, zal ons helpen de turbulentie in de atmosfeer beter te begrijpen, evenals in oceanen, meren en andere planetaire atmosferen, en kan zelfs de weersvoorspelling verbeteren.

Op 8 juli, 2018, NASA's PMC Turbo-missie lanceerde een gigantische ballon om PMC's te bestuderen op een hoogte van 80 mijl boven het oppervlak. Voor vijf dagen, de ballon zweefde door de stratosfeer vanaf zijn lancering in Estrange, Zweden, over het noordpoolgebied naar het westen van Nunavut, Canada. Tijdens zijn vlucht, camera's aan boord van de ballon legden 6 miljoen afbeeldingen met hoge resolutie vast, goed voor 120 terabyte aan gegevensopslag, waarvan de meeste een verscheidenheid aan PMC-schermen bevatten, het onthullen van de processen die tot turbulentie leiden. Wetenschappers beginnen nu de beelden door te nemen en de eerste blik is veelbelovend.

"Van wat we tot nu toe hebben gezien, we verwachten een werkelijk spectaculaire dataset van deze missie te hebben, " zei Dave Fritts, hoofdonderzoeker van de PMC Turbo-missie bij Global Atmospheric Technologies and Sciences in Boulder, Colorado. "Onze camera's waren waarschijnlijk in staat om een ​​aantal echt interessante gebeurtenissen vast te leggen en we hopen dat ze nieuwe inzichten zullen verschaffen in deze complexe dynamiek."

Nachtlichtende wolken smelten samen als ijskristallen op kleine meteoorresten in de bovenste atmosfeer. De resultaten maken schitterende blauwe kabbelende wolken die in de zomer zichtbaar zijn net nadat de zon ondergaat in poolgebieden. Deze wolken worden beïnvloed door zogenaamde atmosferische zwaartekrachtgolven - veroorzaakt door de convectie en opheffing van luchtmassa's, zoals wanneer lucht omhoog wordt geduwd door bergketens. De golven spelen een belangrijke rol bij het overbrengen van energie van de lagere atmosfeer naar de mesosfeer.

"Dit is de eerste keer dat we de energiestroom van grotere zwaartekrachtgolven naar kleinere stroominstabiliteiten en turbulentie in de bovenste atmosfeer hebben kunnen visualiseren, "Zei Fritts. "Op deze hoogten kun je de zwaartekrachtgolven letterlijk zien breken - zoals oceaangolven op het strand - en in turbulentie neerdalen."

De PMC Turbo-ballonlading was uitgerust met zeven speciaal ontworpen beeldvormingssystemen om de wolken te observeren. Elke kamer bevatte een camera met hoge resolutie, een computerbesturings- en communicatiesysteem, en 32 terabyte aan gegevensopslag. De zeven beeldvormingssystemen waren opgesteld om een ​​mozaïek van weidse uitzichten te creëren die zich over 160 kilometer uitstrekken, met elk smal zicht in staat om turbulentie-kenmerken zo klein als 20 meter breed af te beelden. Voor de eerste keer, een lidar - of laserradar - mat de precieze hoogten van de PMC's, evenals de temperatuurschommelingen van de zwaartekrachtgolven boven en onder de PMC's.

"We kennen de 2D-golfstructuur van de afbeeldingen, maar om de golven volledig te beschrijven, moeten we ook de derde dimensie meten, " zei Bernd Kaifler, de onderzoeker van het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum, in Wessling, Duitsland, die het lidar-experiment van de ballon ontwierp. "Van de lidar-metingen, we kunnen de verticale structuur van de golven afleiden, dus het verstrekken van belangrijke gegevens die niet alleen beschikbaar zouden zijn geweest door het beeldvormingsexperiment."

Leren over de oorzaken en gevolgen van turbulentie zal wetenschappers helpen om niet alleen de structuur en variabiliteit van de bovenste atmosfeer te begrijpen, maar ook op andere gebieden. Turbulentie komt voor in vloeistoffen in het hele universum en de resultaten zullen wetenschappers helpen om het in alle systemen beter te modelleren. uiteindelijk, de resultaten zullen zelfs helpen om de weersvoorspellingsmodellen te verbeteren.

Het begrijpen van een breed scala aan processen in de ruimte nabij de aarde - inclusief hoe ze omgaan met de atmosfeer en het weer van de aarde - is een belangrijk onderdeel van NASA's heliofysica-onderzoek, die een volledige ploeg satellieten en suborbitale instrumenten gebruikt om verschillende fenomenen vanuit verschillende perspectieven te observeren. NASA bestudeert ook nachtlichtende wolken met de Aeronomy of Ice in de Mesosphere, of AIM, ruimtevaartuig, die in 2007 in een lage baan om de aarde werd gelanceerd. AIM volgt grootschalige functies in de clouds over een wereldwijde schaal, maar kan alleen functies van een paar mijl breed oplossen. PMC Turbo helpt bij het invullen van de details, uitleggen wat er gebeurt op kleinere schaal waar turbulentie optreedt.

De PMC Turbo-lading is met succes geborgen van zijn landingsplaats in het Canadese Noordpoolgebied en de teruggevonden instrumenten zullen naar verwachting bijdragen aan toekomstige missies, waaronder een die naar verwachting in december over Antarctica zal vliegen.