Las nubes noctilucentes (NLC) , o nubes brillantes nocturnas , [1] son fenómenos tenues similares a nubes en la atmósfera superior de la Tierra . Cuando se ven desde el espacio, se denominan nubes mesosféricas polares (PMC) , detectables como una capa de dispersión difusa de cristales de hielo de agua cerca de la mesopausa polar de verano . Están formados por cristales de hielo y desde el suelo sólo son visibles durante el crepúsculo astronómico . Noctilucente significa aproximadamente "brillante noche" en latín . Se observan con mayor frecuencia durante los meses de verano desde latitudes entre ±50° y ±70°. Demasiado débiles para ser vistas a la luz del día , son visibles sólo cuando el observador y las capas inferiores de la atmósfera están a la sombra de la Tierra , pero mientras estas nubes muy altas todavía están bajo la luz del sol . Estudios recientes sugieren que el aumento de las emisiones atmosféricas de metano produce vapor de agua adicional a través de reacciones químicas una vez que las moléculas de metano alcanzan la mesosfera, creando o reforzando las nubes noctilucentes existentes. [2]
Son las nubes más altas de la atmósfera terrestre, ubicadas en la mesosfera a altitudes de alrededor de 76 a 85 km (249.000 a 279.000 pies).
No existe ningún registro confirmado de su observación antes de 1885, aunque es posible que Thomas Romney Robinson los haya observado unas décadas antes en Armagh . [3] Ahora existen dudas sobre los registros fuera de temporada de Robinson, en parte como resultado de observaciones, desde varios puntos alrededor de altas latitudes septentrionales, de fenómenos similares al NLC después de la entrada del súper bólido de Chelyabinsk en febrero de 2013 (fuera de la temporada NLC). ) que en realidad eran reflejos de polvo estratosférico visibles después del atardecer. [ cita necesaria ]
Las nubes noctilucentes están compuestas de pequeños cristales de hielo de agua de hasta 100 nm de diámetro [4] y existen a una altura de aproximadamente 76 a 85 km (249 000 a 279 000 pies), [5] más altas que cualquier otra nube en la atmósfera de la Tierra. [6] Las nubes en la atmósfera inferior de la Tierra se forman cuando el agua se acumula en partículas, pero las nubes mesosféricas pueden formarse directamente a partir del vapor de agua [7] además de formarse sobre partículas de polvo. [8]
Los datos del satélite Aeronomía del Hielo en la Mesosfera sugieren que las nubes noctilucentes requieren vapor de agua, polvo y temperaturas muy frías para formarse. [9] Las fuentes tanto del polvo como del vapor de agua en la atmósfera superior no se conocen con certeza. Se cree que el polvo proviene de micrometeoros , aunque también son posibles partículas de volcanes y polvo de la troposfera . La humedad podría elevarse a través de huecos en la tropopausa , así como también formarse a partir de la reacción del metano con radicales hidroxilo en la estratosfera . [10]
Se descubrió que el escape de los transbordadores espaciales , en uso entre 1981 y 2011, que era casi en su totalidad vapor de agua después del desprendimiento del cohete propulsor sólido a una altura de aproximadamente 46 km (151.000 pies), generaba minúsculas nubes individuales. Aproximadamente la mitad del vapor se liberó en la termosfera , generalmente a altitudes de 103 a 114 km (338 000 a 374 000 pies). [11] En agosto de 2014, un Falcon 9 de SpaceX también provocó nubes noctilucentes sobre Orlando, Florida, después de un lanzamiento. [12]
Los gases de escape pueden transportarse a la región ártica en poco más de un día, aunque se desconoce el mecanismo exacto de esta transferencia a muy alta velocidad. A medida que el agua migra hacia el norte, cae desde la termosfera a la mesosfera más fría, que ocupa la región de la atmósfera justo debajo. [13] Aunque este mecanismo es la causa de las nubes noctilucentes individuales, no se cree que contribuya de manera importante al fenómeno en su conjunto. [10]
Como la mesosfera contiene muy poca humedad, aproximadamente una cienmillonésima parte de la del aire del Sahara , [14] y es extremadamente delgada, los cristales de hielo sólo pueden formarse a temperaturas inferiores a aproximadamente -120 °C (-184 °F). [10] Esto significa que las nubes noctilucentes se forman predominantemente durante el verano cuando, contraintuitivamente, la mesosfera es más fría como resultado de vientos verticales que varían estacionalmente, lo que lleva a condiciones frías de verano en la mesosfera superior ( surgencias y enfriamiento adiabático ) y calentamiento en invierno ( surgencias y enfriamiento adiabático ). calentamiento adiabático ). Por lo tanto, no se pueden observar (incluso si están presentes) dentro de los círculos polares porque el Sol nunca está lo suficientemente bajo bajo el horizonte en esta estación en estas latitudes. [15] Las nubes noctilucentes se forman principalmente cerca de las regiones polares, [8] porque la mesosfera es más fría allí. [15] Las nubes en el hemisferio sur son aproximadamente 1 km (3300 pies) más altas que las del hemisferio norte. [8]
La radiación ultravioleta del Sol rompe las moléculas de agua, reduciendo la cantidad de agua disponible para formar nubes noctilucentes. Se sabe que la radiación varía cíclicamente con el ciclo solar y los satélites han estado siguiendo la disminución del brillo de las nubes con el aumento de la radiación ultravioleta durante los dos últimos ciclos solares. Se ha descubierto que los cambios en las nubes siguen a los cambios en la intensidad de los rayos ultravioleta aproximadamente un año, pero aún se desconoce la razón de este largo retraso. [dieciséis]
Se sabe que las nubes noctilucentes exhiben una alta reflectividad de radar , [17] en un rango de frecuencia de 50 MHz a 1,3 GHz. [18] Este comportamiento no se comprende bien, pero una posible explicación es que los granos de hielo se recubren con una fina película metálica compuesta de sodio y hierro , lo que hace que la nube sea mucho más reflectante para el radar, [17] aunque esta explicación sigue siendo controvertida. [19] Los átomos de sodio y hierro son despojados de los micrometeoros entrantes y se depositan en una capa justo por encima de la altitud de las nubes noctilucentes, y las mediciones han demostrado que estos elementos se agotan gravemente cuando las nubes están presentes. Otros experimentos han demostrado que, a las temperaturas extremadamente frías de una nube noctilucente, el vapor de sodio puede depositarse rápidamente sobre una superficie de hielo. [20]
Se sabe que las nubes noctilucentes se observaron por primera vez en 1885, dos años después de la erupción del Krakatoa en 1883 . [8] [21] Aún no está claro si su aparición tuvo algo que ver con la erupción volcánica o si su descubrimiento se debió a que más personas observaron las espectaculares puestas de sol causadas por los escombros volcánicos en la atmósfera. Los estudios han demostrado que las nubes noctilucentes no son causadas únicamente por la actividad volcánica, aunque las erupciones podrían inyectar polvo y vapor de agua en la atmósfera superior y contribuir a su formación. [15] Los científicos en ese momento asumieron que las nubes eran otra manifestación de ceniza volcánica, pero después de que la ceniza se hubo asentado fuera de la atmósfera, las nubes noctilucentes persistieron. [14] Finalmente, la teoría de que las nubes estaban compuestas de polvo volcánico fue refutada por Malzev en 1926. [21] En los años posteriores a su descubrimiento, las nubes fueron estudiadas extensamente por Otto Jesse de Alemania , quien fue el primero en fotografiarlas. , en 1887, y parece haber sido quien acuñó el término "nube noctilucente". [22] [4] Sus notas proporcionan evidencia de que las nubes noctilucentes aparecieron por primera vez en 1885. Había estado haciendo observaciones detalladas de las inusuales puestas de sol causadas por la erupción del Krakatoa el año anterior y creía firmemente que, si las nubes hubieran sido visibles en ese momento, él Sin duda los habría notado. [23] Jesse, Foerster y Stolze organizaron observaciones fotográficas sistemáticas de las nubes en 1887 y, después de ese año, se llevaron a cabo observaciones continuas en el Observatorio de Berlín . [24] Durante esta investigación, primero se determinó la altura de las nubes, mediante triangulación . [25] Ese proyecto se interrumpió en 1896. [ cita necesaria ]
En las décadas posteriores a la muerte de Otto Jesse en 1901, hubo pocos conocimientos nuevos sobre la naturaleza de las nubes noctilucentes. Posteriormente se demostró que la conjetura de Wegener de que estaban compuestos de hielo de agua era correcta. [26] El estudio se limitó a observaciones terrestres y los científicos tenían muy poco conocimiento de la mesosfera hasta la década de 1960, cuando comenzaron las mediciones directas con cohetes. Estos mostraron por primera vez que la aparición de las nubes coincidía con temperaturas muy bajas en la mesosfera. [27]
Las nubes noctilucentes fueron detectadas por primera vez desde el espacio mediante un instrumento del satélite OGO -6 en 1972. Las observaciones del OGO-6 de una brillante capa de dispersión sobre los casquetes polares se identificaron como extensiones de estas nubes hacia los polos. [28] Un satélite posterior, el Solar Mesosphere Explorer , cartografió la distribución de las nubes entre 1981 y 1986 con su espectrómetro ultravioleta. [28] Las nubes fueron detectadas con un lidar en 1995 en la Universidad Estatal de Utah , incluso cuando no eran visibles a simple vista. [29] La primera confirmación física de que el hielo de agua es de hecho el componente principal de las nubes noctilucentes provino del instrumento HALOE en el Satélite de Investigación de la Alta Atmósfera en 2001. [30]
En 2001, el satélite sueco Odin realizó análisis espectrales de las nubes y produjo mapas globales diarios que revelaron grandes patrones en su distribución. [31]
El satélite AIM ( Aeronomy of Ice in the Mesosphere ) fue lanzado el 25 de abril de 2007. [32] Fue el primer satélite dedicado al estudio de las nubes noctilucentes, [33] y realizó sus primeras observaciones un mes después (25 de mayo). [34] Las imágenes tomadas por el satélite muestran formas en las nubes que son similares a las formas de las nubes troposféricas, lo que sugiere similitudes en su dinámica. [4]
El año anterior, los científicos de la misión Mars Express habían anunciado el descubrimiento de dióxido de carbono : nubes de cristal en Marte que se extendían hasta 100 km (330.000 pies) sobre la superficie del planeta. Estas son las nubes más altas descubiertas sobre la superficie de un planeta rocoso. Al igual que las nubes noctilucentes en la Tierra, sólo se pueden observar cuando el Sol está debajo del horizonte. [35]
Una investigación publicada en la revista Geophysical Research Letters en junio de 2009 sugiere que las nubes noctilucentes observadas después del evento Tunguska de 1908 son evidencia de que el impacto fue causado por un cometa. [36] [37]
El Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (NRL) y el Programa de Pruebas Espaciales (STP) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos llevaron a cabo el Experimento de Liberación de Aerosol Cargado (CARE) el 19 de septiembre de 2009, utilizando partículas de escape de un cohete sondeo suborbital Black Brant XII lanzado desde Instalación de vuelo Wallops de la NASA para crear una nube noctilucente artificial. La nube iba a ser observada durante un período de semanas o meses mediante instrumentos terrestres y el instrumento Spatial Heterodyne IMager for MEsospheric Radicals (SHIMMER) en la nave espacial NRL/STP STPSat-1. [38] La columna de escape del cohete fue observada y reportada a organizaciones de noticias en los Estados Unidos, desde Nueva Jersey hasta Massachusetts . [39]
Un experimento realizado en 2018 creó brevemente nubes noctilucentes sobre Alaska, lo que permitió realizar mediciones y experimentos desde tierra destinados a verificar simulaciones por computadora del fenómeno. El 26 de enero de 2018, el profesor de la Universidad de Alaska, Richard Collins, lanzó un cohete suborbital de la NASA. Llevaba botes llenos de agua, que fueron lanzados a unos 85 km (53 millas) sobre la Tierra. Dado que las nubes naturales sólo aparecen en verano, este experimento se realizó a mediados del invierno para asegurar que sus resultados no se mezclaran con un evento natural. [40]
Observado desde tierra, este fenómeno se conoce como nubes noctilucentes. Desde los satélites, las PMC se observan con mayor frecuencia por encima de los 70-75° de latitud y tienen una temporada de 60 a 80 días de duración centrada alrededor de un pico que ocurre unos 20 días después del solsticio de verano . Esto es válido para ambos hemisferios. Se observa una gran variabilidad en la dispersión de un día a otro y de un año a otro, pero el promedio en grandes escalas temporales y espaciales revela una simetría y un patrón básicos subyacentes. Se ha descubierto que el comportamiento a largo plazo de la frecuencia de las nubes mesosféricas polares varía inversamente con la actividad solar.
Los PMC tienen cuatro tipos principales según la estructura física y la apariencia. Los velos de tipo I son muy tenues y carecen de una estructura bien definida, algo así como cirroestratos o cirros mal definidos. [41] Las bandas de tipo II son rayas largas que a menudo ocurren en grupos dispuestos aproximadamente paralelos entre sí. Por lo general, están más espaciadas que las bandas o elementos que se ven en las nubes cirrocúmulos. [42] Las ondas de tipo III son disposiciones de rayas cortas, aproximadamente paralelas y muy espaciadas, que en su mayoría se parecen a los cirros. [43] Los remolinos de tipo IV son anillos de nubes parciales o, más raramente, completos con centros oscuros. [44]
Cuando las nubes mesosféricas se observan por encima de la atmósfera, las limitaciones geométricas de la observación desde tierra se reducen significativamente. Se pueden observar "de canto" contra el fondo de cielo relativamente oscuro, incluso a plena luz del día. El campo de visión del fotómetro debe estar bien desviado para evitar la interferencia de la Tierra, muy brillante, aproximadamente un grado por debajo de la capa de nubes. Es una tarea mucho más difícil observar las nubes contra el fondo brillante de la Tierra iluminada, aunque esto se ha logrado en el ultravioleta en la región espectral de 200 a 300 nm, debido al muy pequeño albedo de la Tierra en esta parte de espectro.
Los astronautas estadounidenses y soviéticos observaron el fenómeno desde el espacio ya en 1970. La mayoría de las observaciones se realizan desde el lado nocturno de la órbita y el observador mira hacia el sector crepuscular. En este momento el ojo del observador está adaptado a la oscuridad y las nubes mesosféricas polares aparecerían con el máximo contraste sobre un fondo comparativamente oscuro. Los astronautas soviéticos han informado de avistamientos de nubes mesosféricas incluso cuando el Sol está sobre el horizonte.
Las observaciones por satélite permiten observar las partes más frías de la mesosfera polar, hasta el polo geográfico. A principios de la década de 1970, los fotómetros de brillo de aire visible escanearon por primera vez el horizonte atmosférico a lo largo de la región de la mesospausa polar de verano. [45] Este experimento, que voló en el satélite OGO-6, fue el primero en rastrear capas de nubes de tipo noctilucente a través del casquete polar. La capa de dispersión, muy brillante, se observó a plena luz del día y se identificó como la extensión hacia el polo de las nubes noctilucentes. A principios de la década de 1980, la capa fue observada nuevamente desde un satélite, el Explorador Mesosférico Solar (SME). A bordo de este satélite había un espectrómetro ultravioleta, que mapeó la distribución de las nubes durante el período de 1981 a 1986. El experimento midió el perfil de altitud de la dispersión de las nubes en dos canales espectrales (principalmente) de 265 nm y 296 nm. [46] Este fenómeno se conoce ahora como Nubes Mesosféricas Polares.
Las características estacionales generales de las nubes mesosféricas polares están bien establecidas a partir de los cinco años de datos continuos de SME. Durante ese período, se registraron datos de cuatro "estaciones" de nubes en el norte y cinco "estaciones" en el sur. En ambos hemisferios, la temporada comienza aproximadamente un mes antes del solsticio de verano y termina aproximadamente dos meses después. Dado que no hay sesgos debidos a factores como el cambio en el número de horas de visibilidad, las condiciones climáticas, etc., este es un comportamiento "verdadero". Se cree que es el resultado del hecho de que la región de la mesopausa en verano se vuelve más fría durante este período, lo que provoca la formación de hielo de agua, en contraste con la mayoría de las otras regiones de la atmósfera que son más cálidas en verano. Las temperaturas en latitudes ecuatoriales más allá del límite de detección nunca bajan lo suficiente como para que se forme hielo de agua.
Las nubes mesosféricas polares generalmente aumentan en brillo y frecuencia de aparición al aumentar la latitud, desde aproximadamente 60 grados hasta las latitudes más altas observadas (85 grados). Hasta el momento, no se ha encontrado ninguna dependencia aparente de la longitud, ni hay evidencia de dependencia de la actividad auroral. [47] Esto indica que el control de las nubes mesosféricas polares está determinado por factores geográficos más que geomagnéticos. El brillo de las nubes mesosféricas polares y las nubes noctilucentes parece ser constante en las latitudes donde se observan ambas, pero las nubes mesosféricas polares cerca del polo son mucho más brillantes que las nubes noctilucentes, incluso teniendo en cuenta el fondo del cielo más bajo visto desde el espacio. Las observaciones de las nubes mesosféricas polares han revelado que el conocido fenómeno del desplazamiento hacia el norte con la latitud de la fecha de aparición máxima de nubes noctilucentes se debe en parte al mayor número de horas de visibilidad de las nubes noctilucentes con la latitud y en parte a un retroceso real hacia el norte de la límite hacia el final de la temporada.
El 8 de julio de 2018, la NASA lanzó un globo gigante desde Esrange , Suecia , que viajó a través de la estratosfera a través del Ártico hasta el oeste de Nunavut , Canadá , en cinco días. El globo gigante estaba cargado con cámaras, que capturaron seis millones de imágenes de alta resolución, llenando 120 terabytes de almacenamiento de datos, con el objetivo de estudiar las PMC que se ven afectadas por las ondas de gravedad atmosféricas , resultantes del aire empujado hacia arriba por las cadenas montañosas. hasta la mesosfera. Estas imágenes ayudarían a estudiar las turbulencias en la atmósfera y, en consecuencia, a mejorar la previsión meteorológica . [48] [49]
La NASA utiliza el satélite AIM para estudiar estas nubes noctilucentes, que siempre aparecen durante la temporada de verano cerca de los polos. Sin embargo, los análisis tomográficos del satélite AIM indican que existe una correlación espacial negativa entre el albedo y la altitud inducida por las olas. [50]
Las nubes noctilucentes son generalmente incoloras o de color azul pálido, [51] aunque ocasionalmente se han observado otros colores, incluidos el rojo y el verde. [52] El color azul característico proviene de la absorción por el ozono en el camino de la luz solar que ilumina la nube noctilucente. [53] Pueden aparecer como bandas sin rasgos distintivos, [51] pero con frecuencia muestran patrones distintivos como rayas, ondulaciones onduladas y remolinos. [54] Se consideran un "hermoso fenómeno natural". [55] Las nubes noctilucentes pueden confundirse con los cirros , pero aparecen más nítidas con un aumento. [51] Los causados por los gases de escape de los cohetes tienden a mostrar colores distintos al plateado o al azul, [52] debido a la iridiscencia causada por el tamaño uniforme de las gotas de agua producidas. [56]
Se pueden ver nubes noctilucentes en latitudes de 50° a 65°. [57] Rara vez ocurren en latitudes más bajas (aunque ha habido avistamientos tan al sur como París , Utah , Italia , Turquía y España ), [51] [58] [59] [60] y más cerca de los polos no ocurre Oscurezca lo suficiente como para que las nubes se vuelvan visibles. [61] Ocurren durante el verano, desde mediados de mayo hasta mediados de agosto en el hemisferio norte y entre mediados de noviembre y mediados de febrero en el hemisferio sur. [51] Son muy débiles y tenues, y pueden observarse sólo en el crepúsculo alrededor del amanecer y el atardecer, cuando las nubes de la atmósfera inferior están en sombra, pero la nube noctilucente está iluminada por el Sol . [61] Se ven mejor cuando el Sol está entre 6° y 16° por debajo del horizonte. [62] Aunque las nubes noctilucentes ocurren en ambos hemisferios, se han observado miles de veces en el hemisferio norte, pero menos de 100 veces en el sur. Las nubes noctilucentes del hemisferio sur son más débiles y ocurren con menos frecuencia; Además, el hemisferio sur tiene una menor población y menos superficie terrestre desde la que realizar observaciones. [15] [63]
Estas nubes pueden estudiarse desde tierra, desde el espacio y directamente mediante cohetes sonda . Además, algunas nubes noctilucentes están formadas por cristales más pequeños, de 30 nm o menos, que son invisibles para los observadores en tierra porque no dispersan suficiente luz. [4]
Las nubes pueden mostrar una gran variedad de patrones y formas diferentes. Fogle desarrolló un esquema de identificación en 1970 que clasificaba cinco formas diferentes. Desde entonces, estas clasificaciones se han modificado y subdividido. [64] Como resultado de investigaciones recientes, la Organización Meteorológica Mundial reconoce ahora cuatro formas principales que pueden subdividirse.
