Schwerewellen und Ionisation (MIP-MAG)

Der ionisierte Teil der Mesosphäre (die D-Schicht der Ionosphäre) ist stark temperaturabhängig. Im Sommer können sich Schwerewellen, die aus der Troposphäre stammen, nach oben ausbreiten und eine Reihe von Effekten hervorrufen. Die Effekte können eine Folge von Temperaturänderungen, aber auch von vertikalen Winden sein. Das Ziel des vorgeschlagenen Forschungsprojektes ist es detaillierter als bisher die vorstellbaren Vorgänge zu untersuchen, die zu Veränderungen, die durch Schwerewellen hervorgerufen werden, führen, wie etwa die Clusterungsprozesse, Spaltung von Aerosolen und die mögliche Existenz von Spurengasen, mit einer noch niedrigere Ionosationsschwelle hat als NO. Zwei Salven von Höhenforschungsraketen sollen nach Sonnenuntergang gestartet werden, wobei eine Salve bei starker Schwerewellenaktivität und die andere bei ruhigen Bedingungen erfolgen soll. Zur Bestimmung des Hintergrundes werden in jeder der beiden Salven auch je zwei meteorologische Raketen fliegen. Dank der Zusammensetzung der Nutzlasten sind neben der eigentlichen wissenschaftlichen Zielsetzung auch wissenschaftliche Erkentnisse auch für den Fall zu erwarten, daß keine Schwerewellen vorhanden sein sollten.

Die untere Ionosphäre der Erde ist der ionisierte Teil der Mesosphäre, d.h. des Gebietes über der Stratosphäre bis zur Mesopause in etwa 85 km Höhe. Das Gebiet ist gekennzeichnet durch eine komplizierte Chemie der Ionen mit einer starken Temperaturabhängigkeit. Im Sommer sind die Temperaturen generell stabiler als im Winter, insbesondere in hohen Breiten. Jedoch können auch im Sommer Temperaturvariation und damit verbundene Änderungen des Drucks durch Gewitter in bis zu 1400 km Entfernung ausgelöst werden. Aufsteigende Schwerewellen können verschiedene Prozesse in der neutralen, wie auch im ionisierten Teil der Atmosphäre auslösen. Es ist bekannt, daß Temperaturvariationen in der Mesosphäre einen Einfluß auf die Größe von Wasserclusterionen (positive wie auch negative) haben, aber auch die Leitfähigkeit positive Teilchen im Bereich von 40 bis 60 km beeinflussen können. Durchgeführte Arbeiten Die Mesosphäre wurde durch raketengetragene optische Meßgeräte untersucht. Dazu wurden in zwei Salven in je einer ruhigen und einer gestörten Nacht, Forschungsraketen gestartet. Die Störung wurde aus Echtzeit-Daten des US Wetterdienstes bestimmt. Die beide instrumentierten wissenschaftlichen Raketen erreichten Gipfelhöhen von etwas unter 100 km und kamen an Fallschirmen wieder herunter. Letzteres diente nicht der Bergung, sondern sollte die Meßzeit verlängern und vorhersagbare Strömungsbedingungen ermöglichen. Vor und nach jedem dieser großen Forschungsraketen wurden meteorologische Raketen gestartet, um die tatsächliche Temperaturverteilung mit guter Höhenauflösung zu ermitteln. Vier UV Lampen wurden nach einem bestimmten Schema ein- und ausgeschaltet und die dadurch veränderten Plasmaeigenschaften gemessen. Erste Ergebnisse sind sehr vielversprechend, d.h. alle Geräte funktionierten wie geplant. In wissenschaftlicher Hinsicht gab es einen merklichen Unterschied zwischen den Messungen der beiden Nächte; die Kryptonlampe führte in der gestörten Nacht zu wesentlichen Erhöhungen der Plasmadichte (bis zu einem Faktor 10), während in der Ruhigen Nacht die Erhöhung nur wenige Prozent ausmachte. Eine vorläufige Erklärung ist, daß die Konzentration von Stickoxyd in der gestörten Nacht erhöht war. So eine Annahme ist durchaus vernünftig, da Schwerewellen und instabile Neutralatmosphäre den Transport von Spurengasen erleichtern bzw. deren Verteilung verändern.