Svítící oblak - Noctilucent cloud

Svítící mraky
Helkivad ööpilved Kuresoo kohal.jpg
Svítící mraky nad bažinou Kuresoo ,
Viljandimaa , Estonsko
Zkratka NLC/PMC
Nadmořská výška 76 000 až 85 000 m
(250 000 až 280 000 stop)
Klasifikace jiný
Srážkový mrak ? Ne

Noční svítící mraky nebo noční zářící mraky jsou v horních vrstvách Země slabým oblakovým jevem . Skládají se z ledových krystalů a jsou viditelné pouze během astronomického soumraku . Noctilucent zhruba znamená v latině „svítící noc“ . Nejčastěji jsou pozorovány v letních měsících ze zeměpisných šířek mezi ± 50 ° a ± 70 °. Příliš slabé na to, aby byly vidět za denního světla , jsou viditelné pouze tehdy, když je pozorovatel a spodní vrstvy atmosféry ve stínu Země , ale zatímco tyto velmi vysoké mraky jsou stále ve slunečním světle . Nedávné studie naznačují, že zvýšené emise metanu v atmosféře produkují další vodní páru, jakmile se molekuly metanu dostanou do mezosféry - vytvářejí nebo posilují stávající noční svítící oblaka.

Jsou to nejvyšší mraky v zemské atmosféře, které se nacházejí v mezosféře ve výškách kolem 76 až 85 km (249 000 až 279 000 stop).

Všeobecné

Svítící mraky nad Uppsalou , Švédsko
Svítící mraky nad Varblou , Estonsko
Svítící mraky nad Laboe , Německo

Před rokem 1885 neexistuje žádný potvrzený záznam o jejich pozorování, i když je mohl před několika desetiletími pozorovat Thomas Romney Robinson v Armaghu . Pochybnosti se surround out-of-sezonu záznamy Robinsona, po pozorování z několika úhlů kolem vysokých severních zeměpisných šířkách, o NLC podobných jevů v návaznosti na Čeljabinsk Super bolide vstupu v únoru 2013 (mimo NLC sezoně), které byly ve skutečnosti stratosférické prach odrazy viditelné po západu slunce.

Formace

Noční svítící mraky se skládají z drobných krystalů vodního ledu o průměru až 100  nm a existují ve výšce asi 76 až 85 km (249 000 až 279 000 stop), což je více než jakákoli jiná oblaka v zemské atmosféře. Mraky ve spodní atmosféře Země se tvoří, když se voda shromažďuje na částicích, ale mezosférická oblaka se mohou tvořit přímo z vodní páry, kromě toho, že se tvoří na prachových částicích.

Noční svítící mraky během arktického úsvitu při pohledu z velké výšky

Údaje ze satelitu Aeronomy of Ice v druhohorním satelitu naznačují, že prosvětlovací mračna vyžadují k tvorbě vodní páru, prach a velmi nízké teploty. Zdroje prachu a vodní páry v horních vrstvách atmosféry nejsou s jistotou známy. Předpokládá se, že prach pochází z mikrometeorů , ačkoli možnosti jsou také částice ze sopek a prach z troposféry . Vlhkost by mohla být zvedána mezerami v tropopauze , stejně jako by mohla vznikat reakcí metanu s hydroxylovými radikály ve stratosféře .

Bylo zjištěno, že výfuk z raketoplánu , který se používal v letech 1981 až 2011 a který byl po odpojení Solid Rocket Booster ve výšce asi 46 km téměř výhradně vodní párou , generoval nepatrné jednotlivé mraky. Asi polovina páry byla uvolněna do termosféry , obvykle ve výškách 103 až 114 km (338 000 až 374 000 stop). V srpnu 2014 způsobil SpaceX Falcon 9 po vypuštění také svítící mraky nad Orlandem na Floridě .

Výfuk může být transportován do arktické oblasti za necelý den, ačkoli přesný mechanismus tohoto velmi vysokorychlostního přenosu není znám. Jak voda migruje na sever, padá z termosféry do chladnější mezosféry, která zabírá oblast atmosféry těsně pod ní. Ačkoli je tento mechanismus příčinou jednotlivých nočních svítících mraků, nepředpokládá se, že by byl hlavním přispěvatelem k jevu jako celku.

Vzhledem k tomu, že mezosféra obsahuje velmi málo vlhkosti, přibližně sto miliontinu vlhkosti vzduchu ze Sahary , a je extrémně tenká, ledové krystaly se mohou tvořit pouze při teplotách pod přibližně -120 ° C (-184 ° F). To znamená, že noční svítící oblaka se tvoří převážně v létě, kdy je naopak mezosféra nejchladnější v důsledku sezónně se měnících vertikálních větrů, což vede k chladným letním podmínkám v horní mezosféře (vzestupné a adiabatické chlazení) a zimnímu ohřevu (sestupné a adiabatické vytápění) . Proto je nelze pozorovat (i když jsou přítomny) uvnitř polárních kruhů, protože Slunce není v této sezóně v těchto zeměpisných šířkách v této sezóně nikdy dost nízko pod obzorem. Noční svítící mraky se tvoří většinou v blízkosti polárních oblastí, protože mezosféra je tam nejchladnější. Mraky na jižní polokouli jsou asi o 1 km (3300 stop) vyšší než na severní polokouli.

Ultrafialové záření ze Slunce rozbíjí molekuly vody na kusy a snižuje množství vody, které je k dispozici, aby vytvořilo prosvětlovací oblaka. Je známo, že záření se cyklicky mění se slunečním cyklem a satelity v posledních dvou slunečních cyklech sledovaly pokles jasnosti mraků se zvýšením ultrafialového záření. Bylo zjištěno, že změny v oblacích sledují změny intenzity ultrafialových paprsků zhruba o rok, ale důvod tohoto dlouhého zpoždění zatím není znám.

Je známo, že noční svítící mraky vykazují vysokou radarovou odrazivost ve frekvenčním rozsahu 50  MHz až 1,3 GHz. Toto chování není dobře pochopeno, ale možným vysvětlením je, že zrna ledu jsou potažena tenkým kovovým filmem složeným ze sodíku a železa , díky čemuž je oblak mnohem více reflektující na radar, ačkoli toto vysvětlení zůstává kontroverzní. Atomy sodíku a železa jsou odizolovány z přicházejících mikrometeorů a usazují se ve vrstvě těsně nad nadmořskou výškou nočních svítících mraků a měření ukázala, že tyto prvky jsou při přítomnosti mraků vážně vyčerpány. Jiné experimenty prokázaly, že za extrémně nízkých teplot nočního svítícího oblaku se sodíkové páry mohou rychle ukládat na ledovou plochu.

Objev a vyšetřování

Svítící mraky v Burjatsku, Rusko

Svítící mraky jsou poprvé známy k pozorování v roce 1885, dva roky po erupci Krakatoa v roce 1883 . Zůstává nejasné, zda jejich vzhled měl něco společného se sopečnou erupcí, nebo zda byl jejich objev způsoben tím, že více lidí pozorovalo velkolepé západy slunce způsobené sopečnými troskami v atmosféře. Studie ukázaly, že noctilucentní mraky nejsou způsobeny pouze vulkanickou aktivitou, ačkoli prach a vodní pára by mohly být vháněny erupcemi do horních vrstev atmosféry a přispívat k jejich tvorbě. Tehdejší vědci předpokládali, že mraky jsou dalším projevem sopečného popela, ale poté, co se popel usadil mimo atmosféru, svítící mraky přetrvávaly. Nakonec teorii, že mraky byly složeny ze sopečného prachu, vyvrátil Malzev v roce 1926. V letech následujících po jejich objevu byly mraky podrobně studovány Otto Jessem z Německa , který je jako první vyfotografoval v roce 1887, a zdá se byli tím, kdo razil termín „noctilucent cloud“. Jeho poznámky poskytují důkazy o tom, že se svítící oblaka poprvé objevila v roce 1885. Podrobný pozorování neobvyklých západů slunce způsobených erupcí Krakatoa prováděl předchozí rok a pevně věřil, že pokud by byly mraky tehdy viditelné, nepochybně by si jich všiml. Systematická fotografická pozorování mraků zorganizovali v roce 1887 Jesse, Foerster a Stolze a po tomto roce byla na berlínské observatoři prováděna nepřetržitá pozorování . Během tohoto výzkumu byla výška mraků nejprve určena pomocí triangulace . Tento projekt byl ukončen v roce 1896.

V desetiletích po smrti Otto Jesseho v roce 1901 bylo k dispozici jen několik nových poznatků o povaze prosvítajících mraků. Wegenerovy domněnky, že byly složeny z vodního ledu, se později ukázaly jako správné. Studie byla omezena na pozemská pozorování a vědci měli velmi malé znalosti o mezosféře až do 60. let 20. století, kdy začalo přímé měření raket. Ty poprvé ukázaly, že se výskyt mraků shodoval s velmi nízkými teplotami v mezosféře.

Svítící oblaka byla poprvé detekována z vesmíru přístrojem na satelitu OGO -6 v roce 1972. Pozorování OGO -6 jasné rozptylové vrstvy přes polární čepice byla identifikována jako polewardová rozšíření těchto mraků. Pozdější satelit, Solar Mesosphere Explorer , mapoval pomocí ultrafialového spektrometru distribuci mraků v letech 1981 až 1986. Mraky byly detekovány lidarem v roce 1995 na Utah State University , i když nebyly viditelné pouhým okem. První fyzické potvrzení, že vodní led je skutečně primární složkou nočních svítivých mraků, pocházelo z přístroje HALOE z družice pro výzkum horní atmosféry v roce 2001.

V roce 2001 švédský satelit Odin prováděl spektrální analýzy mraků a vytvářel denní globální mapy, které odhalily velké vzorce v jejich distribuci.

Družice AIM ( Aeronomy of Ice in the Mesosphere ) byla vypuštěna 25. dubna 2007. Byla to první družice věnovaná studiu svítivých mraků a první pozorování provedla o měsíc později (25. května). Snímky pořízené satelitem ukazují tvary v oblacích, které jsou podobné tvarům v troposférických oblacích, což naznačuje podobnost jejich dynamiky.

V předchozím roce vědci s misí Mars Express oznámili svůj objev krystalových mraků oxidu uhličitého na Marsu, které sahaly až 100 km (330 000 stop) nad povrch planety. Jedná se o nejvyšší mraky objevené nad povrchem skalnaté planety. Stejně jako noční svítící mraky na Zemi je lze pozorovat pouze tehdy, když je Slunce pod obzorem.

Výzkum publikovaný v časopise Geophysical Research Letters v červnu 2009 naznačuje, že noctilucentní mraky pozorované po události Tunguska v roce 1908 jsou důkazem, že dopad byl způsoben kometou.

United States Naval Research Laboratory (NRL) a United States Department of Defense Space testovacího programu (STP) provedl Charged Aerosol Release Experiment (péče) dne 19. září 2009, s použitím výfukových částic z Black Brant XII suborbitální sondážní raketa byla zahájena ze NASA's Wallops Flight Facility k vytvoření umělého nočního svítícího oblaku. Oblak měl být po dobu týdnů nebo měsíců pozorován pozemními přístroji a přístrojem Spatial Heterodyne IMager for MEsospheric Radicals (SHIMMER) na vesmírné lodi NRL/STP STPSat-1. Výfuk rakety byl pozorován a hlášen zpravodajským organizacím ve Spojených státech od New Jersey po Massachusetts .

Experiment z roku 2018 krátce vytvořil na Aljašce noční svítící mraky, což umožnilo pozemní měření a experimenty zaměřené na ověření počítačových simulací tohoto jevu. Suborbitální raketa NASA byla vypuštěna 26. ledna 2018 profesorem Aljašského univerzity Richardem Collinsem. Nesl vodou naplněné kanystry, které byly vypuštěny asi ve vzdálenosti 85 km (85 km) nad Zemí. Protože se přirozeně vyskytující mraky objevují pouze v létě, byl tento experiment proveden v polovině zimy, aby se zajistilo, že jeho výsledky nebudou smíchány s přírodní událostí.

Pozorování

Svítící mraky jsou obecně bezbarvé nebo světle modré, i když občas byly pozorovány i jiné barvy včetně červené a zelené. Charakteristická modrá barva pochází z absorpce ozonem na dráze slunečního světla osvětlujícího prosvítající oblak. Mohou vypadat jako nevýrazné kapely, ale často vykazují výrazné vzory, jako jsou pruhy, vlnité vlnění a víry. Jsou považovány za „krásný přírodní úkaz“. Noční svítící mraky mohou být zaměněny s cirrovými mraky , ale při zvětšení vypadají ostřeji. Ty způsobené raketovými výfuky mají tendenci vykazovat jiné barvy než stříbrnou nebo modrou kvůli duhovosti způsobené jednotnou velikostí produkovaných kapiček vody.

Noční svítící mraky lze pozorovat v zeměpisných šířkách 50 ° až 65 °. Zřídka se vyskytují v nižších zeměpisných šířkách (i když byly pozorovány tak daleko na jih jako Paříž , Utah , Itálie , Turecko a Španělsko ) a blíže k pólům se nestmívalo natolik, aby se mraky staly viditelnými. Vyskytují se v létě, od poloviny května do poloviny srpna na severní polokouli a od poloviny listopadu do poloviny února na jižní polokouli. Jsou velmi slabé a slabé a lze je pozorovat pouze za soumraku kolem východu a západu slunce, když jsou oblaka nižších vrstev atmosféry ve stínu, ale zářivý oblak je osvětlen Sluncem . Nejlépe jsou vidět, když je Slunce mezi 6 ° a 16 ° pod horizontem. Přestože se na obou polokoulích vyskytují noční svítící mraky, na severní polokouli byly pozorovány tisíckrát, na jižní ale méně než 100krát. Noční svítící oblaka jižní polokoule jsou slabší a vyskytují se méně často; jižní polokoule má navíc nižší populaci a menší rozlohu, ze které lze provádět pozorování.

Tyto mraky lze studovat ze země, z vesmíru a přímo pomocí znějící rakety . Některá noční svítící oblaka jsou také vytvořena z menších krystalů, 30 nm nebo méně, které jsou pro pozorovatele na zemi neviditelné, protože nerozptylují dostatek světla.

formuláře

Mraky mohou vykazovat velké množství různých vzorců a forem. V roce 1970 vyvinul Fogle identifikační schéma, které klasifikovalo pět různých forem. Tyto klasifikace byly od té doby upraveny a rozděleny. V důsledku nedávného výzkumu Světová meteorologická organizace nyní uznává čtyři hlavní formy, které lze rozdělit. Závoje typu I jsou velmi tenké a postrádají dobře definovanou strukturu, něco jako cirrostratus nebo špatně definovaný cirrus. Pásy typu II jsou dlouhé pruhy, které se často vyskytují ve zhruba paralelních skupinách, obvykle v širších rozestupech než pásy nebo prvky pozorované u oblaků cirrocumulus. Vlny typu III jsou uspořádání těsně rozmístěných, zhruba rovnoběžných krátkých pruhů, které většinou připomínají cirrus. Vírky typu IV jsou částečné nebo vzácněji úplné prstence mraku s tmavými středy.

Viz také

Poznámky

Reference

externí odkazy