Frage an die Experten: Halos in NLC?

[Eik Beier]

Hallo zusammen,

ich stelle mir seit kurzem die Frage, warum es in NLC keine Halos zu sehen gibt. Die Objekte sind im Sonnenlicht und laut gängiger Meinung Eiskristalle. Für einen schnöden 22°-Ring passt bei vielen Beobachtungen auch der Winkel zu Sonne. Oder auch sowas wie eine Lichtsäule sollte doch möglich sein.

Ist Euch etwas bekannt von Halo-Beobachtungen in NLC?

In "Microphysical and optical properties of noctilucent clouds" von Alexander A. Kokhanovsky (2005) steht, dass die Eiskristalle in NLC einen mittleren Radius von 150nm haben. Ist die geringe Größe vielleicht schon die Ursache?

Gruß,
Eik.

[Claudia Hinz]

Hallo Eik,

ja, die Kristalle sollten zu klein sein. Außerdem ist das Verhältnis von Kondensationskeim zu Eis recht ungünstig, was die optischen Eigenschaften ebenfalls noch verschlechtert. Am ehesten könnte ich mir noch ein Spiegelungshalo wie etwa eine Lichtsäule vorstellen, aber wann hat man schon mal das Glück, daß gerade eine ausreichend helle Lichtquelle durch das NLC-Feld zieht und man das überprüfen kann?

LG Claudia

[Elmar Schmidt]

Hallo Eik,

hatte Les Cowley vor Jahren auch schon mal danach gefragt und erhielt dieselbe Antwort, wie sie Claudia hier gab: die Kristalle sind zu klein.

150 nm sind nur 1/3-1/4 der Wellenlänge sichtbaren Lichts, so daß hier von keinen Brechungsphänomenen auszugehen ist. Stattdessen tritt eben jenes Fernfeldirisieren durch Beugung und Streuung auf.

Gruß, Elmar

[Alexander Haußmann]

Hallo,

ich hätte nicht gedacht, dass die Kristalle so klein sind. Zwanzigmal größer, und wir müßten ein schönes Irisieren bekommen. Aber dafür sind ja die Perlmuttwolken zuständig

Die Kondensationskeime müssen ja echte Nanopartikel sein, sonst würde es sich ja gar nicht mehr lohnen, von "Eiskristallen" zu sprechen. Sind diese Partikelgrößen eigentlich durch Fernerkundung bestimmt worden? Ich erinnere mich, mal gelesen zu haben, dass mindestens einmal mit einer Rakete Proben genommen wurden.

Viele Grüße, Alex

[Claudia Hinz]

Irgendwo habe ich von der Partikelgröße mal gelesen, aber ich weiß jetzt auf Anhieb nicht wo. Muß mal suchen ...

Man wird halt alt und vergeßlich ... ;o)

[Elmar Schmidt]

Hallo Alex,

weiß nichts über direkte Partikelgrößenmessungen. Man kann sich der Sache aber auch indirekt über eine Abschätzung der luftreibungsbegrenzten Sinkgeschwindigkeit nähern. Für angenommene 10^-6 kg/m^3 in der Mesosphäre (80 km) und tendenziell kugelige Eispartikel des Durchmessers D komme ich auf die Faustformel

v in m/s = (1/5) * Wurzel (D in nm)

Das liefert 2,4 m/s bzw. 8,6 km/h für 150-nm-Teilchen. Sollten die Partikel erheblich größer sein, z.B. 1000 nm, wäre die Sinkgeschwindigkeit mit 23 km/h schon so hoch, daß die NLCs nicht lange ihre Höhe halten könnten.

Gruß, Elmar

[Claudia Hinz]

Tja, ein Physiker im Club erspart einem das Suchen ... danke Elmar!

[Elmar Schmidt]

Märßßi vielmoals*, Claudia,

war aber nur ne "schnell-schmutzige" Abschätzung aus einem Unterrichtsprojekt für größere Objekte und die Stratosphäre, die nicht unbedingt über drei weitere Größenordnungen an Luftdichte und Teilchengröße so skalieren muß. Kann also nur als Grobbegründung herhalten.

Ich glaube im übrigen schon, daß Proben genommen wurden, z.B. mit Höhensondenraketen, wie sie in Kiruna abgeschossen werden.

Gruß, Elmar


*bin ab morgen zwei Tage in CH-Aargau, Bertram, da erwarte ich jetzt die Granatenhalos

[Alexander Haußmann]

Hallo Elmar & Claudia,

stimmt, an die Luftreibung hab ich gar nicht gedacht! Aber "Fluiddynamik" war noch nie so mein Thema. Mich würd mal interssieren, ob für die Analyse die Raketen kontrolliert auf die Erde zurück"beordert" wurden, oder ob da gleich die Analysewerkzeuge mit eingebaut waren.

Gruß, Alex

[Eik Beier]

Hm, also doch. Vielen Dank für Eure Antworten. Eines verstehe ich aber dann doch noch nicht so ganz:

Am ehesten könnte ich mir noch ein Spiegelungshalo wie etwa eine Lichtsäule vorstellen, aber wann hat man schon mal das Glück, daß gerade eine ausreichend helle Lichtquelle durch das NLC-Feld zieht und man das überprüfen kann?
LG Claudia

Wieso muss dafür eine Lichtquelle durchziehen? Bzw. wieso kann die Sonne nicht die benötigte Lichtquelle sein?

[Elmar Schmidt]

Hallo,

nochmals zu den Partikelgrößen. Im folgenden Artikel findet man Modellrechnungen zur Nukleation, die auf ein ca. zehnstündiges Hinwachsen auf jene 150 nm Durchmesser kommen:

http://www.atmos-chem-phys-discuss.net/ ... -2010.html

Die Artikel zu den Raketenmessungen habe ich leider nur bezahlt erhältlich gefunden, z.B.

http://www.agu.org/pubs/crossref/1993/93GL01704.shtml

Hier aber noch eine gute Übersicht der mesospärischen In-Situ-Meßtechniken

http://su.diva-portal.org/smash/get/div ... FULLTEXT01

Über NLC-Partikel wird dort berichtet, daß sie ab einer Größe von 60 nm optisch wirksam und nicht größer als 200 nm werden (beide Male Durchmesser).

Gruß, Elmar

[Bertram Radelow]

@elmar:

Das Mittelland wurde letzte Woche bombardiert, Aargau wurde vorgestern versenkt, letzte Nacht waren Teile des Rheintals u.a. dran. Es ist eher Wetter für Mammatus u.ä.

Halomässig läuft gerade nicht viel, leider

Bertram

[Elmar Schmidt]

Danke, Bertram,

dachte ich mir fast. Und Dein Halowinter und -frühjahr waren ja selbst in den Bergen so ergiebig auch nicht.

Viele Grüße

Elmar

[Alexander Haußmann]

Hallo Elmar,

der erste Link geht bei mir ins Leere. Geophysical Research Letters ist (erwartungsgemäß...) nicht von meiner Bibliothek abonniert. Aber die Diss über die in-situ-Messungen scheint ganz interessant zu sein.

Die Größe von 60 nm scheint mir realistisch, so ähnlich kenne ich das aus der Lichtmikroskopie (ich meine nicht die Auflösungsgrenze um 200 nm, sondern dass so ein Partikel überhaupt noch sichtbar ist, also mehr Licht streut als absorbiert). Wer hätte gedacht, dass bei den NLC auch Nanooptik dabei ist!

Trotz der gegenwärtigen Wetterbedingungen wünsche ich eine erfolgreiche Halojagd in der Schweiz!

Alex