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Untersuchung des Anregungsmechanismus der Natrium-D Nightglow-Emission

Fachliche Zuordnung Physik und Chemie der Atmosphäre
Förderung Förderung von 2017 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388042786
 
Erstellungsjahr 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In der Mesosphäre und Thermosphäre der Erdatmosphäre treten eine Vielzahl nicht-thermischer Emissionen auf, die direkt oder indirekt durch solare elektromagnetische Strahlung verursacht werden – die so genannten Airglow-Emissionen. Die Atmosphärenforschung befasst sich im Wesentlichen aus zwei Gründen mit diesen Emissionen. Zum einen sind die Anregungsmechanismen vieler Airglow- Emissionen nicht vollständig verstanden. Darüber hinaus können Messungen der Emissionen für die Fernerkundung der chemischen Zusammensetzung, der thermischen Struktur sowie der Dynamik der Mesosphäre und Thermosphäre verwendet werden. Das vorliegende Projekt befasste sich mit der Untersuchung des Anregungsmechanismus für die Natrium D-Linien-Emission im Nightglow, die erstmals im Jahre 1930 identifiziert wurde. Im Rahmen des Projekts wurde ein Algorithmus zur Ableitung von Na-Profilen in der Mesopausenregion implementiert und auf Limb-Nightglow-Messungen mit dem OSIRIS (Optical Spectrograph and InfraRed Imager System) Instrument auf dem Satelliten Odin angewandt. Das Verfahren beruht auf dem so genannten effektiven Chapman-Mechanismus, i.e. einem Anregungsmechanismus, der 1939 von Sydney Chapman vorgeschlagen wurde. Hierzu wurde das Verzweigungsverhältnis (branching ratio) für die Bildung von angeregtem Na aus der Reaktion NaO + O → Na + O2 empirisch bestimmt, in dem die aus den OSIRIS-Messungen abgeleiteten Na-Profile mit bodengestützten Lidarmessungen verglichen wurden. Für das Verzweigungsverhältnis ergab sich ein Wert von f = 0.064 ± 0.028, der gut mit jüngeren Studien übereinstimmt. Ein weiterer wichtiger Aspekt des Projekts war ein umfangreicher Vergleich von Messungen der Na- Nightglow-Emissionen sowie der abgeleiteten Na-Profile aus Messungen mit den Satelliteninstrumenten OSIRIS und SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHartographY). Sowohl hinsichtlich der Emissionsraten als auch der abgeleiteten Na- Profile ergab sich eine gute bis sehr gute Übereinstimmung zwischen den unterschiedlichen Datensätzen, was einen weiteren Beleg für die Vertrauenswürdigkeit der Ergebnisse darstellt. Leider waren Untersuchungen zur Variabilität des Linienverhältnisses der Natrium D1 und D2 Linien aufgrund einer unzureichenden Datenqualität in der geplanten Form nicht durchführbar. Insgesamt konnte das Verständnis des Anregungsmechanismus für die Na-Emission im terrestrischen Nightglow im Rahmen des Projekts weiter konsolidiert werden, indem das oben erwähnte Verzweigungsverhältnis empirisch bestimmt und der in früheren Studien vorhandene große Wertebereich stark eingeschränkt werden konnte. Damit stellt die Messung der Na-Nightglow-Emission eine weitere Fernerkundungsmethode für die Messung von Na-Profilen in der Mesopausenregion der Erdatmosphäre dar.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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