美国宇航局“超级浸泡者”任务试图通过创造一个了解夜明云的方法

Super Soaker发射的时间流逝。该任务发射了3枚火箭，其中2枚使用蒸气示踪剂跟踪风的运动，还有1枚释放水罐以播种极地中层云。左上方可见的绿色激光束是用于测量人造云的激光雷达束。

自1800年代后期以来，观察者一直在极地天空中搜寻难以捉摸的高空飞行的云团，这些云团在黑暗中闪耀。这些极地中层云或PMC是在南北极春季和夏季末形成的细密的冰晶群。当太阳从地平线上方照亮黑暗的天空时，观察者会在黄昏时分发现它们的最佳位置。他们不仅看到美丽的景色，还掌握了地球大气中正在发生的事情的线索。

阿拉斯加大学太空物理学家理查德·柯林斯（Richard Collins）表示：“对这些云的关注引起了人们极大的兴趣，它们的敏感性正处于高空大气层的生存边缘，那里的大气层极其干燥且异常寒冷。” ，费尔班克斯（Fairbanks）和该论文的主要作者。“它们是高层大气变化（温度变化和/或水蒸气变化）的非常敏感的指标。”

2012年6月13日，第31支远征队成员从国际空间站捕获了极地中层云。

Collins和他的合作者怀疑PMC可能与高层大气中的冷却有关-他着手尝试了解该过程的微观物理学。在《地球物理研究杂志》上发表的一篇新论文中，他们分享了美国宇航局的“超级索克”任务的结果，这是在阿拉斯加发射的小型亚轨道火箭，表明我们高空大气层中的水蒸气可以急剧降低周围的温度并引发这些明亮的光之一云。

为了对此进行测试，他们决定释放少量水并创建自己的PMC。他们专门在某个时间（即一月在北极）发射，这通常对PMC的形成不利，希望它们能够催化一个。

“我们要确保避免混合人工创建的和天然存在的PMC，”位于科罗拉多州路易斯维尔的Astra，LLC的太空物理学家，Super Soaker任务的首席研究员Irfan Azeem说。“通过这种方式，我们可以确信我们观察到的任何PMC都可归因于Super Soaker实验。”

Super Soaker火箭于2018年1月26日凌晨从阿拉斯加费尔班克斯的Poker Flat研究范围发射升空。当车队触发了约485磅水的罐爆炸时，它达到了约53英里的高度。18秒后，来自地面激光雷达的光束检测到PMC的微弱回波。

储水罐释放的地面测试。

研究人员将这些测量值插入到模拟PMC生产的模型中。他们想知道释放出水的空气将如何改变，以创建像他们所观察到的那样的PMC。

柯林斯说：“我们没有直接测量云的温度，但是我们可以根据我们认为云形成所需的温度推断出温度变化。”

该模型表明必须发生明显的冷却。“我们能够获得云状水的唯一途径就是说云层中的温度下降了，温度下降了约45华氏度（25摄氏度）。”结果表明，将水简单地引入该区域会导致局部温度显着下降。

“这是任何人第一次通过实验证明中层中PMC的形成与水蒸气本身的冷却直接相关，” Azeem说。

由于水蒸气是卫星和火箭发射的常见副产品，因此本文继续将结果与太空交通的现实联系起来。例如，在航天飞机时代，一次发射就占一个季节观测到的PMC冰量的20％左右。

柯林斯解释说，但是更多的水蒸气并不意味着温度会无限下降。PMC的作用类似于恒温器。随着水蒸气冻结，它变成冰晶。但是这些冰晶比蒸气形式的水吸收的热量还要好。随着冰晶的加热，它们最终升华成蒸气，并且循环重复。

柯林斯说：“因此，来回溜溜，调节注入的水蒸气产生的变化的温度。”

尽管如此，水蒸气增加仍会影响PMC的形成方式和时间。对于那些希望预测PMC形成的人来说，跟踪自然和人为注入的水蒸气将是成功的关键。

柯林斯说：“这取决于太空交通量，如果那里的水蒸气预算增加，会发生什么情况。”“如果我们有大量的新流量，那么我们将不再处于周围自然环境中，我们必须开始对此建模。”

参考：“由上中球层局部水释放引起的云形成：理查德·柯林斯（Richard L. Collins），迈克尔·史蒂文斯（Michael H. Stevens），艾尔芬·阿泽姆（Irfan Azeem），迈克尔·J·泰勒（Michael J. Taylor），米格尔·F·拉尔森（Miguel F. Larsen），比福德·威廉姆斯（Bifford P. Williams），李金泰，詹妮弗·阿尔斯帕奇（Jennifer H.Alspach），皮埃尔·多米尼克·派特（Pierre-Dominique Pautet），赵宇成和朱勋，2021年2月1日，JGR空间物理学。DOI：
10.1029 / 2019JA027285