Schichtungen in der äquatorialen Mesosphäre (LEMMA)

Radaranlagen, die im VHF oder UHF Bereich arbeiten, können gelegentlich Echos aus der Mesosphäre (50 bis 90 km) feststellen. Solche Echos können durch Strukturen des Elektronendichteprofils, oder aber auch der Neutraldichte, entstehen. Solche Perturbationen können ihrerseits durch das Brechen aufsteigenden Schwerewellen entstehen; in polaren Regionen sind solche Echos bekannt als PMSE (= Polar Mesospheric Summer Echos), ein Phänomen welches eingehend in drei früheren, vom FWF geförderten Projekten untersucht wurde. Die Messungen des Fluges von der Raketenbase Kwajalein (9 Nord, 167 Ost) zeigten deutliche Anzeichen von Brechen einer solchen Welle, nämlich eine ausgeprägte Temperaturinversion bei 90 km, einen sogenannten "mesospheric inversion layer". Eine andere Möglich für das Entstehen von Feinstruktur in der Elektronendichte ist die Anlagerung von Elektronen an "Rauch-Partikeln, wie sie etwa beim Verglühen von Meteoren entstehen. Die Raketennutzlast Lemma trug Geräte zur Detektion solcher "schwerer" Partikeln; die Auswertung dieser Daten ist noch nicht abgeschlossen. Ein andere Raketenflug war der Feststellung eben solcher (Nukleations-)Teilchen gewidmet und wurde im Frühwinter in der Polarlichtzone durchgeführt. Die Ergebnisse haben eine Schicht von solchen Partikel zwischen 83 und 86 km gezeigt, die positive geladen waren. Dies ist ein etwas unerwartetes Ergebnis, kann aber theoretische durch die sehr ruhigen Ionosphärenbedingungen diese Fluges und die vollständige Dunkelheit erklärt werden, Bedingungen wie sie bei diesem Flug vorherrschten. Die Messungen des äquatorialen Fluges, der bei Tageslicht stattfand, lassen aber erwarten, daß die Teilchen negativ geladen sein werden. Wegen der größeren Beweglichkeit der Elektronen und dem Fehlen von negativen Ionen ist diese Polarität die wahrscheinlichste. Radarechos von der Mesosphäre gibt es in hohen Breiten gelegentlich auch im Winter, jedoch aus einer wesentlich geringeren Höhe (60 bis 70 km). Zwei kleine Höhenforschungsraketen wurden währen eines solchen "Polar Mesospheric Winter Echoes" (PMWE) gestartet und maßen ungewöhnlich hohe Elektronendichten. Modellrechnungen können erklären, dass - im Unterschied zur Situation im Sommer - PMWE keine Nukleationskerne benötigen (Meteorabrieb, etc.), durch die dann letztlich Elektronedichtevariation und Radarechos entstehen können. Wohl aber wird eine sehr hohe Elektronendichte benötigt, damit meßbare Echos entstehen können. Erhöhte Elektronendichten erzeugt durch Flüsse energiereicher geladener Teilchen sind selten, und die daraus sich ergebende Erhöhungen der Elektronendichte in der unteren D-Region der Ionosphäre sind außerdem nur bei Tageslicht möglich. In hohen Breiten kommen daher nur wenigen Stunden pro Tag für PMWE in Frage.