Lanzada en 2007, la misión Aeronomy of Ice in the Mesosphere, o AIM, es la primera exploración en profundidad de las nubes únicas y escurridizas de la Tierra que literalmente se encuentran en el «borde del espacio». Otras mediciones espaciales y terrestres han probado algunos aspectos de este fenómeno inusual en la mesosfera terrestre (la región justo encima de la estratosfera), pero se sabe muy poco sobre cómo se forman estas nubes por encima de los polos, por qué se ven en latitudes más bajas que nunca antes, o por qué se han vuelto más brillantes y frecuentes. Algunos científicos han sugerido que estas nubes mesosféricas polares podrían ser el resultado directo del cambio climático inducido por el hombre.

Durante su misión, AIM ayudó a responder estas preguntas al documentar por primera vez todo el complejo ciclo de vida de estas nubes. Con esta información, los científicos están trabajando para resolver muchos misterios sobre cómo se forman estas nubes y predecir mejor cómo cambiarán en el futuro.

Logros científicos

Algunos de los hallazgos científicos clave de AIM incluyen:

• El número de nubes nocturnas ha aumentado constantemente durante la última década.
• El aumento de vapor de agua, un gas de efecto invernadero y temperaturas más bajas en la atmósfera superior, un efecto secundario del calentamiento cercano a la superficie, pueden contribuir al aumento de la presencia de PMC.
• Los cristales de hielo en las nubes nocturnas se forman en pequeñas micropartículas creadas cuando los meteoros arden en la atmósfera de la Tierra.
• Es más probable que el calentamiento de la mesosfera esté relacionado con la circulación en la atmósfera que con el calentamiento directo del Sol.

Las mediciones de AIM también han ayudado a los científicos a rastrear cómo el aire en la atmósfera se mueve verticalmente, así como entre hemisferios.

Hechos rápidos

• Las nubes mesosféricas polares se forman sobre ambos polos solo durante el verano de cada hemisferio, que comienza a mediados de mayo en el norte y noviembre en el sur. El número de nubes y su brillo son mayores hacia los polos. Las nubes son más frecuentes y más brillantes en el hemisferio norte que en el hemisferio sur. Normalmente se ven a altitudes de 83 a 84 kilómetros (50 millas).
• Las nubes polares mesosféricas, como las conocen quienes las estudian a partir de observaciones satelitales, también se denominan a menudo «nubes nocturnas brillantes». Esto se debe a que son visibles desde el suelo cuando están iluminados por la luz solar debajo del horizonte, mientras que las capas inferiores de la atmósfera están a la sombra de la Tierra.
• El primer informe público de nubes noctilucentes fue realizado en 1885 por un astrónomo aficionado. Las primeras observaciones de nubes diurnas fueron realizadas por un satélite en 1969. Las observaciones espaciales regulares comenzaron en 1982 con NasaExplorador de la mesosfera solar. Hasta la fecha, las observaciones espaciales se han realizado por casualidad mediante instrumentos diseñados para otros fines.
• Cada año, AIM observa una temporada completa de nubes mesosféricas polares en cada uno de los polos.

Descifrando la receta de las nubes mesosféricas polares

La formación de nubes mesosféricas polares a altitudes tan elevadas no sigue los conceptos meteorológicos convencionales de cómo se forman las nubes más abajo en la atmósfera. Antes del lanzamiento de AIM, una teoría era que las partículas de las nubes crecen en «semillas» de polvo volcánico o meteórico, y AIM ha ayudado a demostrar que las partículas se forman alrededor del polvo de meteorito. Estas nubes parecen ser un fenómeno relativamente reciente, habiéndose informado por primera vez a fines del siglo XIX, poco después de la erupción volcánica del Krakatoa. Ahora se sabe que las nubes más brillantes son principalmente hielo de agua, y su ciclo de vida estacional está controlado por complejas interacciones entre la temperatura, el vapor de agua, la actividad solar, la química atmosférica y las pequeñas partículas en las que se forman los cristales de las nubes.

AIM también realizó mediciones simultáneas de los principales ingredientes necesarios para desenredar el papel de factores naturales como el ciclo solar y la meteorología en la formación de estas nubes del posible papel de factores antropogénicos como el dióxido de carbono, que causa calentamiento en la atmósfera inferior pero enfriamiento en esta región de la atmósfera. Esta investigación puede ayudar a proporcionar los datos necesarios para determinar el papel de las nubes mesosféricas polares como indicador del cambio climático de nuestro planeta.

Ciclo solar

Las nubes polares mesosféricas ocurren en la región donde el Sol interactúa por primera vez con la atmósfera de la Tierra, provocando cambios químicos y térmicos. La radiación solar a esta altitud puede romper las moléculas de vapor de agua, reduciendo la cantidad de hielo de agua disponible para formar cristales de hielo en las nubes. Se sabe que la radiación ultravioleta solar que actúa en este proceso varía con el ciclo solar de 11 años.

Las observaciones satelitales han mostrado un patrón de aumento de la radiación ultravioleta solar seguido de una disminución en el brillo y la frecuencia de estas nubes durante dos ciclos solares. Pero el cambio en la actividad solar ocurre casi un año antes de que se observen cambios en las nubes, lo que indica que la relación no es solo una cuestión de causa y efecto directos.

Vapor de agua y temperatura

Se necesitan tres cosas para que se formen estas nubes de gran altitud: temperaturas frías, vapor de agua y pequeñas partículas que proporcionan superficies para que el agua se condense. Dos de los principales sospechosos detrás de los cambios recientes en las nubes mesosféricas polares son un aumento en el vapor de agua en la región y temperaturas más frías. Los modelos climáticos predicen que el resultado del aumento de los gases de efecto invernadero en la atmósfera serían temperaturas más cálidas en la atmósfera inferior, donde la radiación emitida es «atrapada» por el aire de arriba, pero temperaturas más bajas, más frías en la mesosfera, donde la radiación se pierde en el espacio. Las temperaturas más frías permitirían que se formaran más partículas de nubes heladas. Alternativamente, una acumulación de vapor de agua en la atmósfera superior podría causar el mismo aumento de nubes mesosféricas polares. Al medir simultáneamente el vapor de agua, la temperatura y la presencia de nubes, AIM permitirá a los científicos aislar cuál de estos factores es el principal impulsor de la formación de nubes.

Comprender los procesos que controlan el vapor de agua en la mesosfera polar de verano proporcionará una base para comprender la formación y evolución de estas nubes. El vapor de agua se transporta a la mesosfera polar de verano desde la atmósfera inferior. También se produce por la destrucción fotoquímica del metano en la estratosfera y la mesosfera.

Hay pocas mediciones directas de la abundancia de agua y las propiedades de las nubes mesosféricas polares en la región donde se forman estas nubes. AIM medirá un conjunto completo de datos sobre el vapor de agua y las sustancias químicas clave que conducen a la formación de agua que se pueden utilizar como trazadores del movimiento atmosférico general. Estas observaciones combinadas darán una vista detallada del movimiento y la formación de vapor de agua en esta región de la atmósfera.

Recientemente se ha demostrado que una fuente inusual de vapor de agua mesosférico, el escape de un motor de cohete, es la causa de un aumento de las nubes mesosféricas polares árticas (Geophysical Research Letters, MH Stevens et al., 6 de julio de 2005). La columna de escape del lanzamiento de un transbordador espacial en agosto de 1997 se movió hacia el norte para formar una explosión de nubes una semana después del lanzamiento. Sin embargo, el vapor de agua de los cohetes no se considera un contribuyente importante al aumento a largo plazo de estas nubes.

¿Un «canario en la mina de carbón» para el cambio global?

AIM también examina las contribuciones relativas de los efectos solares e inducidos por el hombre que causan cambios en la atmósfera superior. Los científicos han señalado un posible vínculo con el cambio global a medida que las nubes se vuelven más brillantes y ocurren con más frecuencia con el tiempo y se ven en latitudes más bajas que nunca. Una explicación plausible es que las temperaturas donde se forman las nubes se han vuelto más frías con el tiempo debido a la acumulación en la atmósfera inferior de los gases de efecto invernadero de las actividades humanas. En lo alto de la atmósfera, la acumulación de gases de efecto invernadero provoca el enfriamiento.

AIM prueba esta hipótesis ayudando a comprender mejor por qué se forman las nubes mesosféricas polares y cómo responden a los cambios ambientales a corto plazo. Los datos completos de la misión permiten a los científicos construir simulaciones por computadora que replican los cambios observados en estas nubes. Con estas herramientas en la mano, los científicos pueden mejorar su capacidad para predecir cambios futuros en las nubes y ver hasta qué punto son un indicador del cambio climático global.

Las referencias:

“¿Son las nubes nocturnas señales de advertencia de un cambio global en la atmósfera media? por Gary E. Thomas, 11 de febrero de 2004, Avances en la investigación espacial.
DOI: 10.1016 / S0273-1177 (03) 90470-4

“Un cuarto de siglo de observaciones por satélite polares de nubes mesosféricas” por Matthew T. DeLand, Eric P. Shettle, Gary E. Thomas y John J. Olivero, 5 de octubre de 2005, Revista de física atmosférica y solar-terrestre.
DOI: 10.1016 / j.jastp.2005.08.003