Partikel in der polaren Mesosphäre

In der Mesosphäre kommen schwere Teilchen vor, die entweder vulkanischen, meteorischen oder künstlichen Ursprungs sein können. Unter den Bedingungen der extrem kalten polaren Mesosphäre können sie als Kondensationskerne für Eisteilchen wirken und so zu nachtleuchtenden Wolken (NLC) führen. Andere Phänomene, die mit diesen Staubteilchen in Verbindung gebracht werden. sind Echos von VHF Radars (PMSE). Für Sommer 1999 ist eine Kampagne in Andoya, Norwegen geplant, um diese Probleme zu untersuchen. An Bord zweier amerikanischer Höhenforschungsraketen werden zwei neuartige Einschlagdetektoren geflogen, die zwischen geladenen und neutralen Teilchen unterscheiden können. Ein weiteres wichtiges Experiment auf diesen Nutzlasten ist die vektorielle Messung des elektrischen Feldes. Diese beiden Flüge werden mit denen von zwei vornehmlich europäischen Raketen koordiniert, deren Hauptgewicht auf der Bestimmung der Neutralturbulenz liegt. Die beiden Paare von Höhenforschungsraketen werden von einer Reihe von kleinen Raketen (ViperDart) begleitet sein, die teils kommerzielle fallende Kugeln ausstoßen werden, aus deren Fallgeschwindigkeit man die Neutraldichte berechnen kann; weitere werden aber zu Miniaturhöhenforschungsraketen umgebaut und teils einfache Partikeldetektoren tragen und zum anderen Teil Plasmadichtemessungen vornehmen. Die Instrumentenbeteiligung von Graz besteht aus Geräten zur Bestimmung der Elektronendichte an Bord der beiden amerikanischen Höhenforschungsraketen, sowie an Bord der instrumentierten Viper. Wegen der starken Beschleunigung und der Notwendigkeit der Miniaturisierung stellt letzteres eine große technische Herausforderung dar. Ein erheblich besseres Verständnis bezüglich der Bedingungen, die zur Bildung von NLC und PMSE führen, wird erwartet. Weiters werden die Plasmadichten in empirische Modelle der D-Schicht eingehen und eine wesentlich bessere Beschreibung ermöglichen.

Die Mesosphäre ist die Grenzschicht zwischen der Thermosphäre, von der man weiß, daß sie von der Sonnenaktivität abhängt, und der Tropo- und Stratosphäre die nach heutigem Erkenntnisstand unabhängig vom Sonnenzyklus ist. Am oberen Ende der Mesosphäre treten die tiefsten natürlichen Temperaturen der Erde auf. In hohen Breiten variiert die Mesosphäre stark mit der Jahreszeit mit einem besonders abrupten Übergang im Frühjahr. Eine Eigenheit der hohen Breiten sind nachtleuchtende Wolken (NLC) sowie polare mesosphärische Echos (PMSE), die oft, aber nicht immer, gleichzeitig auftreten. Während PMSE sich über mehrere Kilometer erstrecken können, treten NLC auffälligerweise immer bei 830.5 km auf, d.h. bei derselben Höhe, seit sie im 19. Jahrhundert entdeckt wurden. Diese scheinbar stabile Region stellt vielleicht den Übergang dar zwischen dem Gebiet, wo man eine langfristige Abkühlung vermutet (Thermosphäre) und dem Gebiet darunter in dem man eine durch Menschen verursachte Erwärmung vermutet ("globale Erwärmung"). Die größte Kampagne wurde im Sommer 1999 von Norwegen durchgeführt und bestand aus zwei großen Raketennutzlasten (DROPPS) der NASA, sowie eine kleineren norwegisch-deutschen (MIDAS), die zur Wiederverwendung geborgen wurde. Für alle diese Raketen stellte Graz Geräte zur Messung der Elektronendichte zur Verfügung; diese Messungen sind u.a. wichtig für das Verständnis des Entstehens der Eispartikeln aus denen nachtleuchtende Wolken bestehen. Alle Flüge wurden zusammen mit Messungen der Lidar Anlage und des MST (= Meso-Strato-Thermosphären) Radars der Raketenbase durchgeführt. Eine der neuen Erkenntnisse ist, daß es offensichtlich einen Schwellwert für die Entstehung von PMSE gibt. Im Jahr 2000 wurden zwei MIDAS Nutzlasten zur Zeit des Überganges von Winter zu Sommerbedingungen gestartet. Zusätzlich gab es einen Flug einer Viper IIIa Rakete, die für wissenschaftliche Verwendung "zweckentfremdet" wurden. Wegen der geringen Größe und der extremen Beschleunigung von über 150 g war dieser Flug technologisch eine besondere Herausforderung. Geräte für drei weitere Flüge mit diesem Raketentyp sind bereits an der Universität Tromsø und werden im Rahmen einer späteren Kampagne geflogen werden. Die beiden MIDAS Flüge im Sommer 2001 dienten der Untersuchung der Atmosphäre zur Zeit der Sonnenwende und mit interessanten Erkenntnissen betreffend die Neutraldichtefeinstruktur sowie geladener und neutraler Aerosole kann gerechnet werden. Die insgesamt acht Elektronendichteprofile, die in diesem Projekt gemessen wurden, finden weiters für die Erstellung eines Ionosphärenmodells der hohen Breiten Verwendung, an dem zur Zeit im Rahmen eines anderen FWF Projektes gearbeitet wird.