Nachweis von Meteorstaubteilchen in der polaren Mesosphäre

Wisenschaftliche Ziele

Die Erdatmosphäre ist täglich einem Fluß von etwa 50 Tonnen meteoritischen Materials ausgesetzt, das im Höhenbereich von ~70-120 km verdampft (und dort unter anderem für die bekannten Leuchterscheinungen wie „Sternschnuppen“ und sogenannten „shooting stars“ sorgt). Dieses verdampfte Material bildet zum einen die Quelle für die bekannten Metallatomschichten wie die Natrium- und die Kaliumschicht, zum anderen ist anzunehmen, dass das Eisenoxid- und Silikat-reiche Material in kleine nanometergroße Meteorstaubteilchen rekondensiert. Die Existenz dieser Teilchen wurde schon vor mehr als 20 Jahren auf der Grundlage von theoretischen Arbeiten postuliert, konnte aber bis vor kurzem vor allem wegen der sehr kleinen Abmessungen der Partikel (typische Radien von 1-5 nm) nicht nachgewiesen werden. Trotzdem wird schon lange angenommen, dass diese Partikel eine herausragende Rolle für eine Reihe von wichtigen physikalischen und chemischen Prozessen in der Mesosphäre und Stratosphäre spielen: so wird angenommen, dass Meteorstaubteilchen die Nukleationskeime mesosphärischer Eispartikel sind und somit am Anfang der Bildung der intensiv am IAP studierten Leuchtenden Nachtwolken und Polaren Mesosphären Sommer Echos stehen. Ferner nimmt man an, dass ein Teil der an der Ausbildung des Ozonloches beteiligten Polaren Stratosphärenwolken an diesen Partikeln nukleiert, und bestimmte chemische Prozesse an der Oberfläche dieser Teilchen stattfinden, die es in der Gasphase so überhaupt nicht gibt (wie etwa die direkte Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser).

Am IAP werden diese Meteorstaubpartikel sowohl mit Raketengetragenen Instrumenten als auch mit besonders leistungsstarken Radars untersucht, wobei es dem IAP im Jahre 2006 erstmalig gelungen ist, die Eigenschaften dieser Partikel wie Radien und Anzahldichten vom Boden aus zu bestimmen.

Kooperationen

  • Prof. Ulf-Peter Hoppe & Dr. Alvin Brattli, FFI Kjeller, Norwegen
  • Prof. Martin Friedrich, TU Graz, Österreich
  • Dr. Jörg Gumbel, Meteorologisches Institut, Universität Stockholm, Schweden
  • Prof. Scott Robertson, Department of Physics, University of Colorado, USA
  •  Dr. Zoltan Sternovsky, Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado, USA
  • Dr. Shikha Raizada & Dr. Mike Sulzer, Arecibo Observatory, Puerto Rico

Ergebnisse

  • Erste Messung von Meteorstaubteichen mit dem ECOMA-Partikeldetektor [mehr]
  • Erste Radarbeobachtung von Meteorstaubteilchen mit dem Arecibo Radar [mehr]

Beispiel