Beobachtung von Leuchtenden Nachtwolken

Beobachtung von Leuchtenden Nachtwolken

Textfeld: Abbildung  1: NLCs am 21.06.2019 in Mittelhessen, Fotograf: Alexander Valenca
1: NLCs am 21.06.2019 in Mittelhessen, Fotograf: Alexander Valenca

Leuchtende Nachtwolken (NLCs – noctilucent clouds) waren noch vor wenigen Jahren ein Phänomen, das eher in spezialisierten Kreisen bekannt war. Mehr und mehr wird jedoch in den sozialen Netzwerken und öffentlichen Medien daüber berichtet. Da für uns Hobbyastronomen die Wochen um Mittsommer in hiesigen Breitengraden keine dunklen Nächte bereitstellen, ist die Beobachtung von NLCs eine alternative Tätigkeit, weshalb auch in astronomischen Foren regelmäßig über NLC-Sichtungen berichtet wird. Seit einigen Jahren weisen wir im Rahmen unserer Öffentlichen Abende regelmäßig auf diese Erscheinungen hin.

Die Erdatmosphäre

2: Die Schichten der Erdatmosphäre. Quelle: meteo.fisica.eu.uy


Die Erdatmosphäre teilt sich in verschiedene Schichten:

 Die Troposphäre ist die Schicht, in der sich das Wettergeschehen abspielt. Sie ist konvektiv durchmischt und enthält viel Wasser. Durch adiabatische Konvektion sinkt die Lufttemperatur mit steigender Höhe. Dadurch kondensiert das Wasser mit zunehmender Höhe aus, bis in der Tropopause (je nach Breitengrad und Jahreszeit in ca. 10 bis 15 km Höhe) ein Temperaturminimum erreicht wird.

 In der darüberliegenden Stratosphäre wird die Temperatur zunehmend durch Absorption von UV-Strahlung (Ozonbildung) bestimmt. Mit steigender Höhe nimmt die Temperatur daher wieder zu. Das Temperaturminimum der Tropopause  bildet eine natürliche Barriere für Wasserdampf, weshalb die Stratosphäre sehr trocken ist und stratosphärische Wolken nur in Ausnahmefällen beobachtet werden können (Polare Stratosphärenwolken).

 Die Stratopause bildet die Grenze zur Mesosphäre, hier nimmt die Absorption von UV-Licht durch Sauerstoff aufgrund der abnehmenden Dichte  wieder ab.

In der Mesosphäre gibt es eine großskalige Luftmassenzirkulation zwischen den Erdpolen. Am Sommerpol steigen die Luftmassen auf, werden zum Winterpol transportiert, und fallen dort wieder ab. Dieser Transport ist saisonal ausgeprägt.

Die Mesopause in ca. 80 bis 85 km Höhe bildet die Grenze zur darüberliegenden Thermosphäre, die einen Teil der Ionosphäre darstellt. Hier befindet sich ein Temperaturminimum. Am Sommerpol können um Mittsommer Temperaturen von unter -140°C erreicht werden. Diese Temperatur schwankt stark saisonal, aufgrund der in der Mesosphäre vorherrschenden Luftmassenzirkulationen. Auch der Sonnenzyklus hat einen Einfluss auf die Temperaturen in der Mesopause, während des solaren Minimums wird es dort besonders kalt. Dies ist sicherlich mit ein Grund für die in den letzten Jahren gestiegenen Sichtungen von NLCs. In wiefern der anthropogene Klimawandel einen Einfluss auf die Abläufe in der Mesosphäre hat ist Gegenstand aktueller Forschung.

Die Thermosphäre bildet den Übergang zum Weltraum und erstreckt sich bis in ca. 500 km Höhe, wo sie an die Exosphäre grenzt. In der Thermosphäre bewegen sich die Gasteilchen nahezu stoßfrei auf ballistischen Bahnen, weshalb hier auch keinerlei Konvektionsprozesse mehr stattfinden. Die vertikale Zusammensetzung der Thermosphäre wird daher durch die Atom- und Molekülmassen und die kinetischen Energien bestimmt. In der Thermosphäre befinden sich bereits tiefe Satelliten. Hier treten auch die Polarlichter auf.

Was sind NLCs?

In der Mesopause ist der Wassergehalt sehr gering. Dieses Wasser wird etwa durch Meteore oder Vulkaneruprionen dort eingetragen, aber auch durch anthropogene Quellen (z.B. Methanfreisetzung, Abgase aus der Raumfahrt, u.v.m). Im polaren Sommer, wenn die Temperaturen in der Mesopause unter -120°C fallen, frieren auch die geringen Wasseranteile aus und bilden Eiskristalle von Größen bis zu 100 nm. Diese Eispartikel rieseln dann langsam in die Mesosphäre ab, wo sie sich bei steigenden Temperaturen wieder auflösen. Textfeld: Abbildung  3: Beobachtbarkeit von NLCs am Himmel. Quelle: Wikipedia

Diese Wolken aus winzigen Eiskristallen sind unter normalen Umständen nicht sichtbar. Befindet sich jedoch der Beobachter und die sichtbare Troposphäre im Erdschatten, die NLCs noch im Sonnenlicht, dann werden die NLCs sichtbar. Dies ist der Fall wenn die Sonne zwischen 6° (NLCs u.U. Bis über den Zenit) und 12° (NLCs tief am Horizont) unter dem Horizont steht.

Vorhersage und Beobachtung von NLCs

4: OSWIN-Echo vom 06.06.2020, mit freundlicher Genehmigung von Dr. Ralf Lattek/IAP

Eine zuverlässige Vorhersage zum Auftreten von NLCs gibt es nicht. Jedoch lässt sich statistisch eine Wahrscheinlichkeit angeben, mit der die Erscheinungen in der kommenden Nacht auftreten [1]. Ist also klarer Himmel angesagt mit guter Sicht nach Norden, dann lohnt sich ein Blick auf das Ostsee-Wind-Radar (OSWIN) [2] des IAP Kühlungsborn. Liefert das Radar in der Mesosphäre Echos, ist von einer bestehenden Wahrscheinlichkeit auszugehen. Je später am Abend noch Signale detektiert werden, desto wahrscheinlicher ist das Auftreten von NLCs. Eine tägliche Prognose gibt Stefan Krause gegen 21:30 im Meteoros-Forum ab [4].

Zusätzlich kann das Juliusruh MF-Radar des IAP [4] zu Rate gezogen werden, welches Informationen zu den zonalen und meridionalen Luftströmungen in der Mesosphäre bietet. Bei günstigen Bedingungen (langanhaltende südwärts gerichtete Strömung zwischen 80 und 90 km Höhe = negative zonale Geschwindigkeit) sind die Chancen auf das Erscheinen von NLCs erhöht.

Zu guter Letzt bietet sich das NLC-Forum auf Meteoros als Informationsquelle an, dort sind geeignete Webcams verlinkt, und Sichtungen werden von der Community zeitnah gemeldet.

Zum Beobachten und Fotografieren von NLCs sei gesagt, dass die Erscheinungen in unseren Breitengraden zwei Mal pro Nacht auftreten können: Im Abend- und im Morgensektor. Am 21. Juni 2019 waren hier bereits um 22:15 NLCs bis über den Zenit sichtbar. Solche Ereignisse sind selten und treten nur alle paar Jahre auf.. Im Zenit sind die Wolken auch nicht leicht von Cirren zu unterscheiden. Mit fortschreitender Dämmerung zieht sich der Bereich möglicher Sichtbarkeit in Richtung Horizont (W bis NNO) zurück. Tiefer stehende NLCs sind deutlicher zu erkennen, da sie durch den flachen Blickwinkel optisch dichter sind. 22:30 bis 23:00 wären typische Zeiten für ihr erstes Auftreten. Man sollte auf jeden Fall bis 23:15 warten, bevor man aufgibt.  Die Sichtbarkeit kann bis gegen Mitternacht oder bei guter Horizontsicht bis in den Morgensektor anhalten.

Der Morgensektor beginnt etwa gegen 03:00, dann eher in Richtung NNW-O, und kann sich bis fast. 04:30 hinziehen. Am 20. Juni 2020 waren NLCs noch nach 04:15 sichtbar.


Aufgrund der großen Ausdehnung der NLCs empfiehlt sich bei der Fotografie die Verwendung eines Weitwinkelobjektivs. Ein Stativ oder eine stabile Auflagefläche ist Pflicht. Sinnvoll sind Brennweiten zwischen 16 und 35 mm, die in Extremfällen nicht ausreichen, um die Erscheinung in Gänze festzuhalten. Es ist ratsam, sich einen dunklen Standort auszusuchen mit freiem Blick zum Nordhorizont. Besonders eindrucksvoll ist etwa eine Wasserfläche, in der sich die Formationen spiegeln.

 Auch ein Teleobjektiv kann reizvoll sein, etwa um kleinere Strukturen und Details abzulichten. Die Belichtungszeit wird möglichst manuell eingestellt. Bei moderatem ISO (100 bis ca. 800) und offener Blende sind meist gute Ergebnisse zu erzielen, die Belichtungszeiten rangieren dann im Bereich von maximal wenigen Sekunden. Die Verwendung eines Polarisations- oder Farbfilters bringt übrigens nur einen geringen Effekt, da das an den NLCs gestreute Licht unpolarisiert und kontinuierlich ist.

(HM)

weiterführende Weblinks

[1] http://leuchtende-nachtwolken.info/ als Ausgangspunkt für alle Arten von Informationen

[2] https://www.iap-kborn.de/forschung/abteilung-radarsondierungen/aktuelle-radarmessungen/oswin-mesosphaere/

[3] https://forum.meteoros.de/viewtopic.php?f=34&t=59368&sid=e9d5c989265f377d735e8ba4fed920e3

[4] https://www.iap-kborn.de/forschung/abteilung-radarsondierungen/instrumente/mf-radare/juliusruh-mf-radar/