Leuchtende Nachwolken sind ein faszinierendes Phänomen: In der Nähe der Sommersonnenwende tauchen die fedrigen, gelb bis silbrig scheinenden Wolken den Himmel in mittleren Breiten häufig in ein eigenartiges Zwielicht. Merkwürdigerweise reflektieren die Wolken, deren Leuchten von winzigen Eisteilchen hervorgerufen wird, Radiowellen fast wie ein Spiegel. Das liegt daran, dass sich auf den Eiskristallen eine elektrisch leitfähige Schicht aus Eisen und Natrium bildet, fand der Physiker Paul Bellan vom California Institute of Technology jetzt heraus.
Die leuchtenden Nachtwolken sind die höchsten Wolken der Erdatmosphäre, sie bilden sich in 85 Kilometern Höhe. Sie tauchen vor allem im Sommer auf, da die hohe Atmosphäre dann besonders kalt ist. Das fördert die Entstehung von Eiskristallen. Die Kristalle leuchten aber nicht selbst, sondern werden in der Dämmerung von der Sonne angestrahlt, wenn sich diese schon hinter dem Horizont befindet und der restliche Himmel bereits dunkel ist.
Vor 25 Jahren stellten Forscher aus Alaska fest, dass leuchtende Nachtwolken Radiowellen sehr stark reflektieren. Wie Paul Bellan berichtet, liegen die Wolken direkt unterhalb einer dünnen Luftschicht, in der sich Eisen und Natrium ansammeln. Diese beiden Elemente stammen von Mikrometeoriten, die beim Eintreten in die Erdatmosphäre pulverisiert werden. “Die leuchtenden Nachtwolken saugen die Eisen- und Natriumatome auf wie ein Fliegenfänger”, sagt Bellan. Messungen hätten gezeigt, dass sich 80 Prozent weniger Metalldampf in der Schicht befindet als üblich, wenn Leuchtende Nachtwolken zu sehen sind
Experimente hätten zudem gezeigt, dass sich Natriumdampf bei den kalten Temperaturen von minus 123 Grad Celsius, wie sie in den Wolken herrschen, schnell als Metallfilm auf Eispartikeln absetzt. Bellan konnte nun durch Modellrechnungen zeigen, dass ein solcher Metallfilm tatsächlich Radiowellen zurückwirft. “Die hohe Reflektivität ist aber nicht allein die Summe der Reflexionen der einzelnen Eiskörnchen, das würde gar keinen großen Effekt hervorrufen”, sagt Bellan. “Was passiert ist, dass sich Wellenbewegungen in der Wolke aus metallüberzogenen Eisteilchen bilden, die die Wellen gemeinsam reflektieren. Das ist so ähnlich wie bei einer Armee, die im Gleichschritt über eine Brücke marschiert und diese dadurch in Schwingung versetzt.” Ein ähnlicher Prozess spiele bei Röntgenstrahlen eine Rolle, die von einem Kristallgitter reflektiert werden, sagt der Forscher.
Paul Bellan (California Institute of Technology, Pasadena): Journal of Geophysical Research – Atmospheres, Bd.113, D16215, doi:10.1029/2008JD009927 Ute Kehse
