Ballonmission in 38 Kilometern Höhe

PMC-Turbo

Leuchtende Nachtwolken oder auch polare Mesosphärenwolken bilden sich über den Polen der Erde in 83 Kilometern Höhe – am oberen Rand der Atmosphäre. Eine Langzeit-Ballon-Mission der NASA mit einem Instrument des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) an Bord hat diese Wolken fast sechs Tage hochpräzise an ihrem Ursprungsort beobachtet. Die Wissenschaftler hoffen, so Turbulenzen in der Atmosphäre und in Ozeanen, Seen und anderen Planetenatmosphären besser verstehen zu können – und vielleicht Wettervorhersagen zu verbessern.

Am 8. Juli startete der riesige Ballon zur Untersuchung von NLC. Fast sechs Tage lang fuhr er in 38 km Höhe von seinem Start in Esrange (Schweden) durch die Stratosphäre über die Arktis bis in den Westen von Nunavut (Kanada). Während der Fahrt nahmen Kameras an Bord sechs Millionen hochauflösende Bilder mit einem Datenvolumen von 120 Terabyte auf.

Weitwinkelaufnahmen mit 160 Kilometern Blickfeld 

„Was wir bisher gesehen haben, sieht nach einem sehr spektakulären Datensatz aus“ sagt der Leiter der PMC Turbo-Mission Dave Fritts von GATS in Boulder (USA). „Unsere Kameras haben wahrscheinlich einige wirklich interessante Ereignisse erfasst und wir hoffen, damit neue Einblicke in die komplexe Dynamik zu gewinnen.“

Leuchtende Nachtwolken entstehen aus Eisteilchen, die auf winzigen Meteorstaub-Partikeln in der oberen Atmosphäre kondensieren. Sie erscheinen als intensiv silbrig-hellblau leuchtende Wolken, die Beobachter im Sommer am Rand der Polarregionen kurz nach Sonnenuntergang sehen können.

Um die Wolken zu beobachten, war die Nutzlast des PMC Turbo-Ballons mit sieben speziell angefertigten Kamerasystemen ausgerüstet. Jedes System umfasste eine hochauflösende Kamera, eine Computer- und Kommunikationseinheit, sowie 32 Terabyte Datenspeicher. Die Kamerasysteme waren so angeordnet, dass sie ein Mosaik von Weitwinkelaufnahmen mit einem Blickfeld von 160 km aufnehmen, aber auch mit kleineren Sichtfeldern turbulente Strukturen mit einem Durchmesser von 20 Metern abbilden konnten. Zum ersten Mal überhaupt befand sich zudem ein Laser-Radar an Bord. Mit dessen Hilfe konnten die Forscher die präzise Höhe der Wolken sowie die durch Schwerewellen verursachten Temperaturstörungen über und unterhalb vermessen.

Obere Atmosphäre verstehen – Vorhersagen verbessern

„Wir kennen die 2D-Struktur der Wolken von den Kamerabildern, aber um die Wellen in den Wolken wirklich genau beschreiben zu können, benötigen wir auch die Höheninformation“, sagt Bernd Kaifler, der als Wissenschaftler am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen das Ballon-Lidarexperiment entwickelte. „Mit den Lidarmessungen können wir die vertikale Struktur der Wellen sichtbar machen und damit wertvolle Daten sammeln, die man aus den Bildern allein nicht hätte ableiten können“.

Das Verständnis der Ursachen und Wirkungen von Turbulenz hilft Wissenschaftlern nicht nur die Struktur und Variabilität der oberen Atmosphäre zu verstehen. Turbulenz tritt in allen Fluiden im Universum auf und die Ergebnisse werden die Modellierung all dieser Systeme verbessern –  auch für die irdische Wettervorhersage.

Die Nutzlast von PMC Turbo haben die Forscher erfolgreich an ihrem Landeort in der kanadischen Arktis geborgen. Die Instrumente werden zum Teil wiederverwendet und in zukünftigen Missionen eingesetzt, darunter ein geplanter Flug über der Antarktis im kommenden Dezember.

Bild: Am Startfahrzeug hängende Ballongondel / DLR