Sulla cuspide della nostra atmosfera vive un sottile gruppo di nuvole blu elettrico stagionali. Formando 50 miglia sopra i poli in estate, queste nuvole sono conosciute come nuvole nottilucenti o nuvole mesosferiche polari - PMC. Una recente missione in mongolfiera di lunga durata della NASA ha osservato queste nuvole nel corso di cinque giorni nella loro casa nella mesosfera. Le foto risultanti, che gli scienziati hanno appena iniziato ad analizzare, ci aiuterà a capire meglio le turbolenze nell'atmosfera, così come negli oceani, laghi e altre atmosfere planetarie, e potrebbe anche migliorare le previsioni del tempo.

L'8 luglio 2018, La missione PMC Turbo della NASA ha lanciato un pallone gigante per studiare i PMC ad un'altezza di 50 miglia sopra la superficie. Per cinque giorni, il pallone ha fluttuato attraverso la stratosfera dal suo lancio a Estrange, Svezia, attraverso l'Artico fino al Nunavut occidentale, Canada. Durante il suo volo, le telecamere a bordo del pallone hanno catturato 6 milioni di immagini ad alta risoluzione riempiendo 120 terabyte di memoria dati, la maggior parte delle quali includeva una varietà di display PMC, rivelando i processi che portano alla turbolenza. Gli scienziati stanno ora iniziando a esaminare le immagini e il primo sguardo è stato promettente.

"Da quello che abbiamo visto finora, ci aspettiamo di avere un set di dati davvero spettacolare da questa missione, " ha detto Dave Fritts, investigatore principale della missione PMC Turbo presso Global Atmospheric Technologies and Sciences a Boulder, Colorado. "Le nostre fotocamere sono state probabilmente in grado di catturare alcuni eventi davvero interessanti e speriamo che forniranno nuove informazioni su queste complesse dinamiche".

Le nuvole nottilucenti si fondono come cristalli di ghiaccio su minuscoli resti di meteoriti nell'alta atmosfera. I risultati rendono brillanti nuvole increspate blu che sono visibili subito dopo il tramonto del Sole nelle regioni polari durante l'estate. Queste nuvole sono influenzate dalle cosiddette onde gravitazionali atmosferiche, causate dalla convezione e dal sollevamento delle masse d'aria, come quando l'aria viene spinta verso l'alto dalle catene montuose. Le onde svolgono un ruolo importante nel trasferimento di energia dalla bassa atmosfera alla mesosfera.

"Questa è la prima volta che siamo stati in grado di visualizzare il flusso di energia da onde gravitazionali più grandi a instabilità di flusso più piccole e turbolenze nell'atmosfera superiore, " Disse Fritts. "A queste altitudini puoi letteralmente vedere le onde gravitazionali che si infrangono - come le onde dell'oceano sulla spiaggia - e precipitano in turbolenza".

Il carico utile del pallone PMC Turbo era dotato di sette sistemi di imaging appositamente progettati per osservare le nuvole. Ciascuno includeva una fotocamera ad alta risoluzione, un sistema informatico di controllo e comunicazione, e 32 terabyte di memoria dati. I sette sistemi di imaging sono stati disposti in modo da creare un mosaico di ampie vedute che si estendono per cento miglia, con ogni vista stretta in grado di visualizzare caratteristiche di turbolenza larghe fino a 20 iarde. Per la prima volta, un lidar, o radar laser, misurava l'altitudine precisa dei PMC e le fluttuazioni di temperatura delle onde gravitazionali sopra e sotto i PMC.

"Conosciamo la struttura dell'onda 2-D dalle immagini, ma per descrivere completamente le onde dobbiamo misurare anche la terza dimensione, " disse Bernd Kaifler, il ricercatore presso il Centro aerospaziale tedesco, a Wesling, Germania, che ha progettato l'esperimento lidar del pallone. "Dalle misurazioni del lidar, possiamo dedurre la struttura verticale delle onde, fornendo così dati importanti che non sarebbero stati disponibili dal solo esperimento di imaging".

Conoscere le cause e gli effetti della turbolenza aiuterà gli scienziati a comprendere non solo la struttura e la variabilità dell'atmosfera superiore, ma anche in altre zone. La turbolenza si verifica nei fluidi in tutto l'universo e i risultati aiuteranno gli scienziati a modellarla meglio in tutti i sistemi. In definitiva, i risultati aiuteranno anche a migliorare i modelli di previsione del tempo.

Comprendere un'ampia gamma di processi nello spazio vicino alla Terra, incluso il modo in cui interagiscono con l'atmosfera e il clima terrestre, è una parte fondamentale della ricerca eliofisica della NASA, che impiega una squadra completa di satelliti e strumenti suborbitali per osservare diversi fenomeni da diverse prospettive. La NASA studia anche le nuvole nottilucenti con l'Aeronomia del ghiaccio nella Mesosfera, o AIM, navicella spaziale, lanciato nel 2007 in un'orbita terrestre bassa. AIM tiene traccia delle funzionalità su larga scala nei cloud su scala globale, ma può risolvere solo caratteristiche di un paio di miglia di diametro. PMC Turbo aiuta a riempire i dettagli, spiegando cosa succede su scale più piccole dove si verifica la turbolenza.

Il carico utile del PMC Turbo è stato recuperato con successo dal suo sito di atterraggio nell'Artico canadese e si prevede che gli strumenti recuperati contribuiranno alle missioni future, incluso uno previsto per sorvolare l'Antartide il prossimo dicembre.