Lasso di tempo del lancio di Super Soaker. Tre razzi lanciati con la missione, due utilizzano traccianti di vapore per tracciare il movimento del vento e uno rilascia un contenitore d'acqua per seminare una nuvola mesosferica polare. Il raggio laser verde visibile in alto a sinistra è il raggio LIDAR utilizzato per misurare la nuvola artificiale. Credito:Wallops Flight Facility della NASA/Poker Flat Research Range/Zayn Roohi
Dalla fine del 1800, osservatori hanno cercato inafferrabili i cieli polari, nuvole alte che brillano nell'oscurità. Queste nuvole mesosferiche polari, o PMC, sono esili sciami di cristalli di ghiaccio che si formano nella tarda primavera e in estate sui poli nord e sud. Gli osservatori li individuano meglio nelle ore del crepuscolo, quando il Sole li illumina da oltre l'orizzonte contro un cielo scuro. Più che una bella vista, contengono anche indizi su cosa sta succedendo nell'atmosfera terrestre.
"Ciò che ha attirato molto interesse su queste nuvole è la loro sensibilità:si verificano appena al limite della vitalità nell'alta atmosfera, dove è incredibilmente secco e incredibilmente freddo, " ha detto Richard Collins, fisico spaziale presso l'Università dell'Alaska, Fairbanks e autore principale dell'articolo. "Sono un indicatore molto sensibile dei cambiamenti nell'atmosfera superiore, cambiamenti di temperatura e/o cambiamenti nel vapore acqueo".
Collins e i suoi collaboratori sospettavano che le PMC potessero essere associate al raffreddamento nell'alta atmosfera, e decisero di cercare di capire la microfisica del processo. In un nuovo articolo pubblicato su Giornale di ricerca geofisica , hanno condiviso i risultati della missione Super Soaker della NASA, un piccolo razzo suborbitale lanciato in Alaska, mostrando che il vapore acqueo nella nostra atmosfera superiore può abbassare precipitosamente la temperatura circostante e avviare una di queste nuvole luminose e luminose.
Per testare questo, hanno deciso di rilasciare una piccola quantità di acqua e creare il proprio PMC. Sono stati lanciati specificamente in un momento - gennaio nell'Artico - che è tipicamente inospitale per la formazione di PMC, sperando che possano comunque catalizzarne uno.
"Volevamo assicurarci di evitare di mescolare PMC creati artificialmente e presenti in natura, " disse Irfan Azeem, fisico spaziale presso Astra, LLC a Louisville, Colorado e investigatore principale della missione Super Soaker. "In questo modo potremmo essere sicuri che qualsiasi PMC che abbiamo osservato fosse attribuibile all'esperimento Super Soaker".
Nubi mesosferiche polari catturate dall'equipaggio della Spedizione 31 dalla Stazione Spaziale Internazionale il 13 giugno, 2012. Crediti:Johnson Space Center/Stazione spaziale internazionale della NASA
Il razzo Super Soaker lanciato nelle prime ore del mattino del 26 gennaio, 2018, dalla gamma di ricerca Poker Flat a Fairbanks, dell'Alaska. Ha raggiunto un'altitudine di circa 53 miglia quando la squadra ha innescato l'esplosione del loro contenitore di circa 485 libbre d'acqua. Diciotto secondi dopo, il raggio di un radar laser a terra ha rilevato l'eco debole di un PMC.
I ricercatori hanno inserito queste misurazioni in un modello che simulava la produzione di PMC. Volevano sapere come avrebbe dovuto cambiare l'aria dove è stata rilasciata l'acqua per creare un PMC come quello che hanno osservato.
"Non abbiamo misurazioni dirette della temperatura della nuvola, ma possiamo dedurre quel cambiamento di temperatura in base a ciò che pensiamo sia necessario per la formazione della nuvola, "Collins ha detto.
Il modello ha mostrato che deve essere avvenuto un raffreddamento significativo. "L'unico modo con la quantità di acqua presente che potevamo ottenere una forma di nuvola era dire che nel corpo della nuvola, c'è stato un calo di temperatura, circa 45 gradi Fahrenheit (25 gradi Celsius) di temperatura." Semplicemente introducendo acqua nella regione, i risultati suggeriti, portato ad un significativo calo della temperatura locale.
"Questa è la prima volta che qualcuno ha dimostrato sperimentalmente che la formazione di PMC nella mesosfera è direttamente collegata al raffreddamento da parte del vapore acqueo stesso, " disse Azeem.
Un test a terra del rilascio del contenitore dell'acqua. Credito:struttura di volo Wallops della NASA
Il documento prosegue collegando i risultati alla realtà del traffico spaziale, poiché il vapore acqueo è un sottoprodotto comune dei satelliti e dei lanci di razzi. Ai tempi della navetta spaziale, ad esempio, un singolo lancio era responsabile di circa il 20% della massa di ghiaccio PMC osservata in una stagione.
Ma più vapore acqueo non significherà un calo della temperatura senza limiti, Collins spiega. I PMC agiscono come un termostato. Mentre il vapore acqueo si congela, si trasforma in cristalli di ghiaccio. Ma quei cristalli di ghiaccio assorbono il calore anche meglio dell'acqua sotto forma di vapore. Mentre i cristalli di ghiaccio si riscaldano, alla fine sublimano di nuovo in vapore, e il ciclo si ripete.
"E così c'è uno yo-yo avanti e indietro, regolazione della temperatura della variazione prodotta dal vapore acqueo iniettato, "Collins ha detto.
Ancora, l'aumento del vapore acqueo influenzerà come e quando si formano le PMC. Per coloro che desiderano prevedere la formazione di PMC, tenere traccia del vapore acqueo naturale e iniettato dall'uomo sarà la chiave del successo.
"Dipende dalla quantità di traffico spaziale, su cosa succede se il bilancio del vapore acqueo lassù aumenta, " Collins ha detto. "Se avessimo una grande quantità di nuovo traffico, allora non saremmo più in un ambiente naturale e dovremmo iniziare a modellarlo".
