Airglow

In der Atmosphäre gibt es eine Reihe von Leuchterscheinungen, von denen Blitze und Polarlichter sicherlich zu den bekanntesten zählen. Für uns ist allerdings der sogenannte atmosphärische Airglow von größerem Interesse. Die Entstehung von Airglow läuft im wesentlichen in zwei Teilschritten ab. Zunächst bilden sich durch photochemische oder physikalische Prozesse Atome oder Moleküle in einem angeregten Zustand, diese besitzen mehr Energie als in ihrem Normalzustand (=Grundzustand). Die so angeregten Luftbestandteile versuchen nun, diese überschüssige Energie in einem zweiten Schritt wieder abzugeben. Geschieht dies über die Abstrahlung von Licht, kommt es zum atmosphärischen Phänomen des Airglows. Abhängig davon, welche Luftbestandteile angeregt werden, kann der Airglow z.B. grün (atomarer Sauerstoff), orange (Natrium), oder rot (atomarer Sauerstoff) sein, sowie im infraroten Spektralbereich liegen (molekularer Sauerstoff, OH-Molekül, Kalium). Im Bild ist als grüner Streifen der Airglow des atomaren Sauerstoffs zu sehen, darunter als verschwommene gelb-orange Schicht der des Natriums.

Im Gegensatz zu den Polarlichtern ist der Airglow nicht auf einzelne Ereignisse in bestimmten Regionen beschränkt. Vielmehr handelt es sich hierbei um ein ganzjährliges und weltweit auftretendes Phänomen, wobei für uns vor allem der Höhenbereich von 80-110 km von Interesse ist.

Grundsätzlich kann die Atmosphäre in 80-110 km entweder durch Messungen vor Ort oder unter der Verwendung von Fernerkundungsverfahren sondiert werden. Erstere sind aber nur durch Raketen zu realisieren, welche mit hohen Kosten verbunden sind. Außerdem liefern sie nur ein zeitlich und räumlich sehr begrenztes Bild. Bei bodengebundenen Fernerkundungsmethoden ist zwar die zeitliche Auflösung sehr hoch und die Kosten relativ gering. Allerdings ist das weltweite Messnetz vor allem über den Ozeanen sowie in Wüsten und den Polregionen nicht genügend ausgebaut. Um die ganzjährige globale Abdeckung zu gewährleisten, greifen wir daher auf Satellitenbeobachtungen zurück.

In unserer Arbeitsgruppe verwenden wir vor allem Beobachtungen der Satelliteninstrumente SCIAMACHY und SABER. Allerdings können diese Instrumente einige für uns interessante Größen wie die Lufttemperaturoder atomaren Sauerstoff im Grundzustand (O(³P)) nicht direkt messen. Diese Parameter können aber mit Hilfe von null- und ein-dimensionalen Modellen aus den Airglow Messungen abgeleitet werden. Konkret verwenden wir hierfür den Airglow von verschiedenen angeregten molekularen und atomaren Sauerstoffzuständen (O₂, O) sowie des OH-Moleküls. Die abgeleiteten Spurengase, allen voran O(³P), spielen in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre eine wichtige Rolle für die Strahlungs- und Energiebilanz. Außerdem beeinflussen sie eine Reihe von exothermen chemischen Reaktionen, wodurch es auch zu Veränderungen in der Lufttemperatur kommt. Die Auswirkungen der Temperaturänderungen und die weiteren Kopplungsmechanismen mit anderen atmosphärischen Schichten untersuchen wir mit Hilfe des globalen 3-dimensionalen Chemie-Klimamodell EMAC/EDITh.

Die Airglowmessungen und zugehörigen Modellstudien sind Gegenstand der Untersuchung in den Projekten Sauerstoff in der MLT-Region und ROMIC-MesoEnergy.