PHOCUS

Ungefähr 10 bis 100 Tonnen Material meteoritischen Ursprungs treffen täglich auf die Erde; der Großteil dieses Materials ist nicht sichtbar und erreicht nicht den Erdboden, sondern verdampft in etwa 70 bis 90 km Höhe. Unter bestimmten Bedingungen können diese Rauchpartikel die Kerne bilden, um die sich Eis anlagert. Dieses Eis bildet sogenannte nachtleuchtende Wolken und ist vom Boden aus sichtbar. Die Auftretenswahrscheinlichkeit von nachtleuchtenden Wolken, sowie deren Höhe hat sich - innerhalb der Meßgenauigkeit der Triangulationen - seit deren Entdeckung vor über 100 Jahren nicht geändert. Satelliten, die diese Wolken unbeeinträchtigt vom troposphärischen Wetter kontinuierlich messen können, haben gezeigt, daß die Helligkeit in den letzten 20 Jahren zuzunehmen scheint. Die Suche nach einer Verbindung zu Emissionen des industriellen Zeitalters ist ein aktuelles, wenn auch umstrittenes Forschungsgebiet. Für ein solides Verständnis der Bildung von nachtleuchtenden Wolken und Radarechos aus diesem Höhenbereich müssen alle in Frage kommenden Parameter bestimmt werden, die für diese Phänomene wichtig sein könnten. Zu diesem Zweck wird im Sommer 2011 von Nordschweden eine Forschungsrakete gestartet, die eine neuartige Kombination von Meßgeräten tragen wird. Unter den neuen Geräten ist ein Mikrowellenradiometer, welches in situ die Konzentration von Wasserdampf bestimmen wird. Andere Meßgeräte dienen der Bestimmung der Temperatur mit hoher Auflösung, der Messung der Dichte von atomaren Sauerstoff und Wasserstoff, sowie von freien Elektronen und Ionen. Dieses umfassende Ensemble von gemessen Parametern wird einen Einblick in Vorgänge der sehr kalten Hochatmosphäre geben und in Folge u.a. ermöglichen Langzeitbeobachtungen, die für die globale Veränderung wichtig sind, besser zu interpretieren.

In der Atmosphäre oberhalb der Höhe in der sich das Wetter abspielt (Troposphäre), gibt es eine neue, bisher nicht beachtete Komponente, nämlich Meteorstaub. Dieser Staub, der durch Abrieb von kontinuierlich einfallenden Meteoren und Rekondensation beim Absinken entsteht, spielt eine bislang noch zu wenig beachtete Rolle in der Chemie der Mesosphäre. Diese Teilchen sind zu klein um vom Boden aus erkennbar zu sein, aber Hinweise für deren Existenz gibt es schon lange, denn es wird allgemein vermutet, daß sie die Kondensationskerne der Eisteilchen sind, die im Sommer in hohen Breiten die sogenannten Nachtleuchtenden Wolken (NLC) bilden. Diese Wolken treten meist in etwa 83 km Höhe auf und werden schon seit über 100 Jahren einigermaßen systematisch beobachtet. Die Bedingungen für das Entstehen solcher Wolken sind extrem niedrige Temperatur, ausreichend Wasserdampf, sowie Nukleationskerne; als Quelle für letztere wird üblicherweise Meteorstaub angenommen. Die Raketennutzlast mit dem Namen PHOCUS (= Particles, Hydrogen and Oxygen Chemistry in the Upper Summer mesosphere) war mit einer Vielzahl von Meßgeräten ausgestattet, die alle Parameter messen sollten, von denen man erwarten kann, daß sie für das Verständnis von NLC von Bedeutung sein könnten. Die meisten zum Einsatz gekommenen Gerätetypen waren schon früher auf verschiedenen Höhenforschungsraketenverwendetworden,gänzlich neu ist aber das Mikrowellenradiometer zur Messung von Wasserdampf das erstmalig auf einer Rakete eingesetzt wurde. Das Gerät basiert auf einem ähnlichen Instrument wie es seit 2002 auf dem schwedischen Satelliten ODIN im Einsatz ist und bis zum heutigen Tag Daten liefert. Andere Meßgeräte waren u.a. Partikeldetektoren von drei Forschungsinstituten (d.h. auch drei verschiedene Konstruktionen), ein hochauflösendes Gerät zur Messung der Neutraldichte (bzw. daraus auch Temperatur und Turbulenz), optische Geräte zur Bestimmung der Dichte von atomaren Sauerstoff und Wasserstoff, sowie der Größe der Eisteilchen. Die Messungen, die durch den FWF ermöglich wurden umfaßten die Bestimmung der Absolutelektronendichte mit geringer Höhenauflösung, sowie zusätzlich die Messung der relativen Ionen- und Elektronendichte mit guter Höhenauflösung. Der Start der PHOCUS Nutzlast fand am 21. Juli 2011 auf dem schwedischen Raketenstartgelände ESRANGE bei Kiruna in Lappland statt. Im Prinzip haben alle Meßgeräte funktioniert, bei einem Teil der Daten gibt es jedoch zumindest in gewissen Perioden in denen die Daten sich unerwartet verhalten; die Suche nach Störungen die möglicherweise von anderen Geräten ausgegangen sein könnten, ist noch nicht abgeschlossen. Das Apogäum war wie geplant bei 108 km und die am Fallschirm heruntergekommene Nutzlast konnte innerhalb weniger Stunden erfolgreich geborgen werden. Ein erstes Treffen der meisten Experimentatoren fand im März 2012 am Rande der MST-13 Tagung in Kühlungsborn (Deutschland) statt, ein weiteres im September desselben Jahres an der Universität Stockholm. Erste Ergebnisse werden bei der AGU (American Geophysical Union) in San Francisco im Dezember 2012 vorgetragen werden.