Eigenschaften von Partikeln in leuchtenden Nachtwolken (NLC)

Zielsetzung

Leuchtende Nachtwolken bestehen aus Eis-Partikeln mit einer Größe von ca. 50 nm, also nur ca. 1/10 der Wellenlänge von sichtbarem Licht. Wie groß die Partikel im Detail sind, aber auch wie viele Partikel pro Volumen vorkommen ist Gegenstand intensiver Forschung. Insbesondere die Eigenschaften des Partikel-Ensembles wie die Volumendichte (Wassermenge pro Wolke) sowie die Oberflächendichte (Reaktive Fläche pro Wolke) sind für das Verständnis der Vorgänge in NLC von Bedeutung.

Methode

Das ALOMAR RMR-Lidar ist für die Untersuchung der Partikeleigenschaften hervorragend ausgerüstet, da durch Beobachtung der Wolken mit drei Wellenlängen vom ultravioletten bis zum infraroten Spektralbereich durch Vergleich mit modellierten Partikelspektren die Größe bestimmt werden kann. Details über den instrumentellen Aufbau und die verwendeten Wellenlängen können sie der Beschreibung des ALOMAR RMR-Lidars entnehmen. Am IAP werden verschiedene Modelle zur Untersuchung der optischen Eigenschaften von Nanopartikeln eingesetzt mit denen sogar die Auswirkung der Teilchenform auf das optische Signal untersucht werden kann.

Ergebnisse

In den Jahren 1998-2005 konnten wir von 51 leuchtenden Nachtwolken die Teilcheneigenschaften bestimmen. Diese Wolkenbeobachtungen wurden in 645 Einzelmessungen Unterteilt um die zeitliche Veränderung der Wolken zu berücksichtigen. Durch die Messungen der letzten Jahre konnten wir erkennen, dass 90% der NLC Partikel eine Größe von 20-80 nm aufweisen. Insbesondere sind höchstens 1% aller Teilchen größer als 100 nm. Erstaunlich ist, dass das die jährlich gemittelte Volumendichte der NLC über die Jahre fast konstant ist. D.h. wenn NLC beobachtet werden transportieren diese dieselbe Menge an Wasser. Andererseits ändert sich durch die Schwankungen der Häufigkeit von NLC der jährliche Wassergehalt in der Eisphase.

Beispiel

Saisonal gemittelte Volumendichte (oben) und Wassergehalt der NLC (unten) für die Jahre 1998–2005 nach Baumgarten, J. Geophys. Res., 2007.

Kooperationen

Die Partikeleigenschaften sind von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis der NLC, daher arbeiten wir intensiv mit unseren Kollegen der Uni Bremen sowie unseren amerikanischen Kollegen des NASA-Satelliten AIM  und den schwedischen Kollegen des ODIN Satelliten zusammen.