| 词条 | 夜光云 |
| 释义 | § 简介 波浪型夜光云 夜光云夜光云（noctilucent cloud）是深曙暮期间出现于地球高纬度地区高空的一种发光而透明的波状云。常呈淡蓝色或银灰色，是夜光云中的冰晶颗粒散射太阳光的结果，这类冰晶颗粒的半径一般为0.05～0.5微米。 夜光云多出现于70～90千米的高空，云层厚度一般不足2千米，云面积可达300万平方千米。只有当太阳在地平线以下6°～12°时，即低层大气在地球阴影内，而高层大气的夜光云被日光照射时，才能用肉眼直接观察到。 因为它在在地球大气中，距离地面大致30公里至80公里的是中间层，那里的温度随高度增加递减。夜光云是一种罕见的云团，一般出现在距离地面大约80公里的高度，由于只有在暗夜间才能看到，故名“夜光云”。这是科学界迄今了解最少的气象现象之一。 § 所属学科 一、大气科学(一级学科) ；大气(二级学科) 二、天文学(一级学科) ；太阳系(二级学科) § 主要类型 根据目前的观察结果，夜光云（NLCs）的主要类型有四种：面纱型（veil）、条带型（bands）、波浪型（waves）和旋涡型（whirls）。 § 形态特征 旋涡型夜光云 它是一种类似于薄卷云的云，但常呈淡青色或银白色，有时或为橙红色，在黑色的空中非常显眼。云高为75～90 km。一些迹象表明这种云是由很细的宇宙尘形成的。 高纬度地区夏季黎明或黄昏(其时太阳在地平下6°—16°），高层大气不再被阳光照射到)时看到的银白色云彩，呈波状。它一般出现在大气的中间层顶附近。 它是一种形成于中间层(大气层按高度分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，再上面就是外太空了)的云，距地面的高度一般在85千米左右，位置非常之高。 夜光云看起来有点像卷云，但比它薄得多，而且颜色为明亮的银白色或蓝色，出现在日落后太阳与地平线夹角在6～16度之间的时候。这个夹角本身倒没什么疑问，因为时间太早会因为夜光云太薄弱而看不见，而时间太晚它又会沉到地球的阴影之中去。 § 出现条件 一般认为，要形成夜光云一般都需要有三个条件：低温、水蒸汽和尘埃，这样水蒸汽才能凝结成极小的冰晶。 § 形成原因 条带型夜光云 据英国新科学家杂志报道，科学家最新一项研究称，太阳自转可能是导致地球出现神秘“夜光云(Noctilucent cloud)”的主要因素。 夜光云一般出现于夏季80公里高空，在不同的时间段夜光云的范围和亮度都不相同，但没有人知道其中的缘由。近期，德国布莱梅大学科学家查尔斯?罗伯特和研究同事认为找到了答案。他们测量夜光云反射的光线变化，结果发现夜光云的盈亏变化为27天一个周期。罗伯特联想到了太阳的周期变化规律，太阳自转周期为27天，他们认为两者之间有着密切关系。 一般人的概念中会认为，距地面80多公里的大气一定很冷；但事实上是，这个经验理论只在较低的对流层中成立。对流层之上是平流层（同温层），再往上才是中间层，但平流层的特点是上热下冷，故垂直方向上的对流很少，而主要是水平方向上的大气运动（所以客机飞行一般选择在平流层中），因此实际上中间层的温度很高。 科学家们认为，这可能是由于垂直方向上重力波的衰减造成的。重力波由于各种异常原因而可能在某些地方减弱，从而导致了低层大气向上的动量传递。这样那些在向东方向上，具有很强相速度的重力波，将向东的动量传递给了高层的大气。 向东方向的流动，将受到赤道方向的科里奥利力的作用，这将引起垂直方向上带有水气的大气流动（要说明是，高层大气的水气不一定直接来自地面，有可能是由於甲烷的光分解形成的）。因为只有夏季时高纬度的平流层，才允许相速度东向的重力波传入中间层（冬季季风方向相反，因而东向的动量不能传入中间层），这样，处于夏季的半球的中间层温会因动量的流失而降低（相应地，冬季半球的中间层温度会升高），从而导致了中间层的降温现象（130 k）。瑞典天文爱好者2006年7月11日拍摄到的夜光云 夜光云位于地球表面80公里上空，通常出现于夏季，这种神秘而壮观的云层现象会持续数天、数周，甚至连续数年，但没有人知道这是如何形成的。目前，德国不来梅大学的查尔斯-罗伯特(Charles Robert)和同事们认为现已找到了答案，通过测量从云层反射光线的变化情况，他们发现夜光云盛衰变化周期为27天，这与太阳绕轴自转一次周期时间正好吻合。研究小组认为两者之间存在着密切联系。 越来越多的温室效应气体，比如二氧化碳，使低海拔地区的气候变暖，使高海拔地区的气温下降，进而为高空中夜光云形成创造了条件。另外，高含量的温室效应气体，比如甲烷(甲烷是大气中浓度仅次于二氧化碳的温室气体，过去150年间，大气中甲烷含量几乎增加了两倍)，实际上会导致在高空形成更多的水蒸汽。 还有一种说法，事实上科学家已经发现航天飞机发射能导致或者说促进夜光云形成。航天飞机排出的大约97%的尾汽转变成了水，这是液体氢和液体氧气燃料的副产品。一架航天飞机可把300公吨水蒸汽输送到地球大气中。科学家曾发现这种形式产生的水粒子被输送到北极和南极地区。 2007年8月8日“奋进”号发射形成夜光云。“哥伦比亚”号航天飞机在那次变成灾难的发射后不久，科学家在南极洲发现高空云。“哥伦比亚”号后来发生事故，导致七名宇航员丧生。该机产生的烟柱高达650英里，直径是2英里，三天内抵达南极洲上空。康奈尔大学的工程学教授迈克尔·凯莱(Michael Kelley)认为，通古斯大爆炸后的明亮夜空一定是夜光云产生的结果。因为形成夜光云需要水蒸汽，因此凯莱认为彗星是导致这次大规模爆炸的罪魁。然而物理学家并不赞成这种说法。 现在一般认为，要形成夜光云一般都需要有三个条件：低温、水蒸汽和尘埃，这样水蒸汽才能凝结成极小的冰晶。 研究人员猜测地球从太阳接收大量紫外线将解释其间的关系，太阳喷射紫外线并不是均匀统一的，因此当它旋转时，紫外线明亮区域将从地球视野范围内闪现。美国汉普顿大学的詹姆斯-拉塞尔(James Russell)称，紫外线强度增强可能会分解大气层顶端的水分子，减少云层结构形成。 然而，拉塞尔指出，太阳的旋转并不能完全解释我们所看到夜光云的多样性变化。一项长期研究夜光云的观测发现夜光云的形成与大气层二氧化碳指数升高有关。 [1] § 为何频频闪现 面纱型夜光云 据英国《新科学家》杂志报道，不久前北半球天文观测者捕捉到了今年首次夜光云照片。由于太阳活动减弱，今年夏季北半球将会出现大量的夜光云现象。科学家认为，夜光云现象和太阳活动周期有关，但太阳活动减弱时，这种现象就会增加。 夜光云是一个相对新的现象，它们首次是在1885年被观察到。当时科学家注意到，在黑色天空的背景上，一些纤细的丝状物发出电弧般的蓝光。那是在印度尼西亚强大的拉客卡托火山爆发两年之后，这次爆发将灰焰喷射到地球80公里高的大气层中。一般认为是火山的灰烬导致了晚间天空壮丽的晚霞美景。最后，随着那些火山灰烬落定、拉客卡托鲜艳的晚霞因此也凋谢了。然而，夜光云却保留了下来。在夜光云被发现的最初日子里，这种现象一般在高纬度地区才能看到。一个世纪之前这些云层集中在纬度50度之上，只能在斯堪的那斯维亚、俄罗斯和英国才能看到。近年来夜光云迅速蔓延至纬度40度左右的地区，比如在美国的犹他州和科罗拉多州也能看到。近年来夜光云现象不仅越来越多，并且越来越亮。 夜光云迅速扩散的原因至今还不清楚，不过一些人怀疑是因为全球温室气体排放增加所导致的。温室气体增加致使地球高层大气温度降低，而这种夜光云的形成需要寒冷的气温。夜光云就发生在寒冷的地球高层大气的中间层。有科学家认为，尽管夜光云看起来像是发生在空间，但实际上它们处在地球大气层内，处于50至85公里高的一种成为中间层的云层中间。中间层不仅非常冷(零下125摄氏度)，而且非常干燥，要比撒哈拉沙漠上面空气干燥一亿倍。 近年来“夜光云”迅速蔓延至纬度40度左右的地区,出现的次数越来越多，并且越来越亮，终于引起科学家们的强烈关注,担心它们是地球大气异变的征候。美国宇航局25日在加利福尼亚州范登堡空军基地成功地发射了一枚AIM探测卫星,用来观测“夜光云”现象，并研究这种现象是否与全球变暖有关。 § 研究进展 David Kelly从波音747驾驶舱中拍摄了这张夜光云照片，当时飞机位于欧洲北部上空。 NASA的AIM（Aeronomy of Ice in the Mesosphere）卫星于2007年5月25日在70°N上首先观测到“夜光云（Night—Shining Clouds）”，地面观测人员则于6月6日在北欧观测到这些云。AIM是专门为研究这些特殊云而设计的首颗观测卫星。 美国国家航空航天局（NASA）原定于当地时间2009年9月15日晚7时30分（北京时间16日7时30分）至7时57分之间，从弗吉尼亚州的瓦勒普斯发射中心发射一枚火箭，尝试在地球大气层的最外层人工造云。但据最新消息，介于糟糕的天气，这次发射已取消，至今为止还没有确切消息何时会再次进行发射。 这一发射计划名为“带电浮质释放实验”，由美国海军研究实验所和国防部空间测试项目合作执行。研究人员打算以火箭燃尽后所形成的微粒引发造云过程，从而人工制成由冰晶构成的夜光云。 这是人类首次尝试制造夜光云。维吉尼亚理工大学科学家韦恩·斯凯尔斯说：“在边界空间这种云确实非常重要。以前人们从没实施过这种实验，因此每个人都显得非常兴奋。”在火箭释放粒子气体时，斯凯尔斯将利用电脑模型研究人造尘埃云的物理学特征。 该实验由高约20米的黑雁12火箭执行，火箭计划升空后爬升约290公里，比自然的夜光云的位置还要高得多。研究人员会用数天甚至几个月时间追踪“带电浮质释放试验”产生的尘埃云，以便研究它在不同时间段里的变化和发展情况。 为了这次实验，美国宇航局已经在07年发射“AIM”号宇宙飞船，用以在太空中观察自然状态下的夜光云。天然形成的夜光云一般在距离地球大约80公里到90公里的高空盘旋。“带电浮质释放实验”会在比这更高的地方释放尘埃粒子，然后让它们下降到较低的地方。 斯凯尔斯说：“‘带电浮质释放实验’希望能生成人造尘埃层。从控制方面来说，这有望成为一项伟大杰作，科学家将借助它研究夜光云的方方面面，以及它内部产生的气体和尘埃粒子的分布情况等。” 如果发射成功，在整个大西洋中部地区都可以看到火箭发射以及形成云团的壮观景象。大西洋沿岸和百慕大的地面观测站的摄影摄像设备和雷达都将从不同角度进行观测。 此前有消息称，如果15日天气情况不符合，发射时间可能推迟至9月16日至20日之间。而NASA15日说下一次发射不会早于18日进行。发射实验的整个过程将进行网络视频直播。[2] § 研究价值 2006年6月20日在Nunivak海岛南部36000英尺高空拍摄到的夜光云。 夜光云存在的时间从几分钟到几个小时。强夜光云的亮度相当于国际二级极光亮度；弱夜光云一般用肉眼看不见，只有用紫外或红外光学仪器观察。 关于夜光云的信息，主要来自火箭和卫星的探测。对夜光云的研究，可揭示中间层顶的大气结构、大气波动和化学过程等的规律。 天然形成的夜光云一般在距离地球大约50英里到55英里(80公里到90公里)的高空盘旋。“带电粒子气体释放试验”会在比这更高的地方释放尘埃粒子，然后让它们下降到较低的地方。斯卡赖斯告诉美国宇航局太空网说：“‘带电粒子气体释放试验’希望能生成人造尘埃层。从控制方面来说，这有望成为一项伟大杰作，科学家将借助它研究夜光云的方方面面，以及它内部产生的气体和尘埃粒子的分布情况等。” “带电粒子气体释放试验”是海军研究实验室和国防部太空试验项目的组成部分。美国将利用“黑雁XII(Black Brant XII)”型四级亚轨道探空火箭发射该飞船。科学家会利用地面上的仪器和处于地球轨道里的STP/NRL STPSat-1飞船研究它的行进过程。研究人员会用数天甚至几个月时间追踪“带电粒子气体释放试验”产生的尘埃云，以便研究它在不同时间段里的变化和发展情况。 § 相关新闻 2004年6月15日，Brian Whittaker拍摄于北大西洋37000英尺的高空的夜光云照片。 通古斯大爆炸后出现了夜光云，这与航天飞机发射后非常类似，是由于大量水蒸汽进入大气层导致的。 这项推论的确定得到了有力支持——科学家发现美国宇航局航天飞机发射后，由于航天飞机释放300吨水蒸汽，最终会在极地形成独特的夜光云，而1908年通古斯大爆炸之后，也出现了夜光云，很可能是彗星碰撞地球后，冰晶体迅速融化蒸发在大气层中形成夜光云。目前，这项最新研究发表在《地球物理研究快报》上。 美国地球物理协会的科学家研究发现，在通古斯大爆炸发生的第二天，明亮的夜光云出现，夜光云是由冰晶体构成，主要形成于非常高的海拔和极端寒冷的温度。负责此项研究的工程学教授迈克尔－凯莱（MichaelKelley）说：“这项研究将揭示百年前神秘通古斯大爆炸的真正‘元凶’！确凿的证据显示1908年一颗彗星坠落碰撞在通古斯地区。”据悉，之前研究人员曾猜测通古斯大爆炸是由于彗星或陨星碰撞造成的。 研究人员发现彗星的冰晶体通过二维涡流形成巨大的能量进入旋转气流，导致大量水蒸汽在大气层中形成，这将解释为什么夜光云在通古斯大爆炸之后的第二天，数千英里之外才形成。夜光云是地球大气层中最高的云层，在夏季的几个月里形成于极地上空55英里的中间层，中间层的温度大约是零下117摄氏度。研究人员称，航天飞机喷射的羽状水蒸汽就非常类似于彗星碰撞地球后在大气层中发生的水蒸汽凝聚形成夜光云。 据悉，一架航天飞机发射过程中将喷射300吨水蒸汽进入地球热层，这些水蒸汽晶体形成的云层可在北极和南极地区上空观测到，所形成的云层位于中间层。凯莱和合作同事在2007年8月8日“奋进号”航天飞机发射后第二天观测到夜光云，此前在1997年和2003年，曾有研究人员在航天飞机发射后也观测到夜光云的出现。 1908年，前苏联通古斯大爆炸发现后，在欧洲多数国家连续几天出现明亮的夜空，天空中出现过夜光云，尤其在英国，夜光云现象覆盖范围最广。凯莱作为一项常规性可预测物理实验，试着解答水蒸汽如何在没有散射和漫射的状态下进行传播。他说：“这意味着在非常短的时间内，这些水蒸汽和冰晶物质将传输至数万公里之外，目前我们无法进行模拟实验，这可能是一项全新、令人料想不到的物理过程。” 凯莱解释称，水蒸汽进入大气层是通过高能量反向旋转漩涡气流进入大气层，在这种状态下水蒸汽传播速度非常快，可接近300英尺/每秒。长期以来，科学家试着研究大气层顶端的风结构，这与升空火箭、热气球发射和人造卫星发射不相一致。 凯莱说：“目前我们的研究显示我们对于低中间层的热层区域的了解甚少，但目前我们找到了百年前神秘通古斯大爆炸的真实原因。” [3] |
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