Noctilucent Clouds (NLCs)

Noctilucent clouds are Earth’s highest clouds, sandwiched between Earth and space 50 miles above the ground in a layer of the atmosphere called the mesosphere. During summer in both the Northern and Southern hemispheres is the season when the mesosphere is most humid, with water vapor wafting up from lower altitudes. Additionally, this is also when the mesosphere is the coldest place on Earth – dropping as low as minus 210 degrees Fahrenheit – due to seasonal air flow patterns. Noctilucent clouds are extremely high altitude clouds, electric blue in color, mostly seen since late spring and during summer months, after sunset, at latitudes above 40°. They are reaching almost full intensity over a period of no more than 5 to 10 days. First noticed in 1885, these clouds are known as noctilucent, or "night shining," clouds, or polar mesospheric clouds (PMCs). Their origin is still in debate. The clouds are thought to be due to seeding meteoroids and they are very cold and filled with tiny ice crystals. When sunbeams hit those crystals, they glow electric-blue. Noctilucent clouds are affected by atmospheric gravity waves which are caused by the convecting and uplifting of air masses, such as when air is pushed up by mountain ranges. In terms of observation, NLCs are to be searched from high latitudes, looking West 30 to 60 minutes after sunset when the Sun has dipped 6-16 degrees below the horizon, for luminous blue-white tendrils spreading across the sky. Presence of noctilucent clouds might have increased in areas between 40 and 50 degrees north latitude since the early 21st century. Noctilucent clouds are not linked to 11-year solar cycle

Such clouds are appearing in the upper part of this region of Earth's atmosphere which is called the "mesosphere" (it stretches from 37 to 53 miles (60-85 km) of altitude), in the regions circling both poles. NLCs are found at about 50-53 miles of altitude (80-85 km), near where the "mesopause" is found, a region separating the mesosphere from the ionosphere. At these altitudes, water vapor can freeze into clouds of ice crystals. The season for the formation of such clouds is by late spring and summer above the polar regions of the world. As the lower atmosphere warms, the upper atmosphere gets cooler, and ice crystals form on meteor dust and other particles high in the sky. Some are relating those clouds' origin to the 1883 Krakatoa volcanoe eruption when this Indonesian volcanoe hurled plumes of volcanic ash into Earth's atmosphere. Noctilucent clouds were then seen for the first time. Once the effects of the eruption gone, NLCs continud to be seen however! A key ingredient for the NLCs comes from outer space as 'meteor smoke' have been observed imbedded in. Meteor dust is the nucleating agent around which NLCs form! 3 percent of each ice crystal in a noctilucent cloud is meteoritic as when meteoroids hit Earth's atmosphere and burn up, they leave behind a haze of tiny particles suspended 43 to 62 miles (70 km to 100 km) above Earth's surface. They check at 20,000 particles per cubic centimeter as they get electrically charged. Smoke particles are transported through the mesosphere toward the poles as that area of the Earth's atmosphere in summer is the coldest place on the planet. Ice crystals in a NLC have sizes ranging from 20 to 70 nanometers (10 to 100 times smaller than in a cirrus cloud) as they nucleate around charged particles 0.4 to 1.2 nanometers in radius. Such a small size explains the clouds' blue color. Small particles tend to scatter short wavelengths of light (blue) more strongly than long wavelengths (red). So when a beam of sunlight hits an NLC, blue is the color that gets scattered down to Earth. A key mystery now remains however about why the clouds are brightening and spreading. As in the 19th century, NLCs were confined to high latitudes—places, above 40°, like Canada and Scandinavia, they have been spotted now as far South as Colorado, Utah and Nebraska, the reason for that being still ill-known. Although the mesosphere is dry, winds in summertime are carrying water vapor there. Rocket exhausts might also help nucleation as global warming could be a general explanation about NLCs as it is lowering temperatures at high altitudes. NLCs are best seen at sunset or sunrise during summer because that is during that season that water molecules are wafted up from the lower atmosphere to mix with the 'meteor smoke.' That is also the time when the upper atmosphere is ironically coldest. NLCs were thought to be linked with the solar cycle with a peak during solar minimum and bottom-out during solar maximum -a fairly strong anti-correlation. A peak of activity in the summer of 2013 however, with the Sun at its lowest in the cycle, likely is due to that in the southern hemisphere, half-a-world away from where NLCs are seen, strong winds in the stratosphere are altering global circulation patterns with more water vapor pushed into the high atmosphere and the air there getting colder

During summertime, NLCs appear in a proportion of 1 night to 5. They are to be looked for along the twilight arch, West, 30 minutes to 1 hour after sunset, as the Sun is about 6 to 16° below the horizon. Places above 40° of latitude are favored. NLCs observation is of interest for the scientists as it provides data about the region of the atmosphere located near the mesopause. A good page about NLCs is "What are NLC?". More details about NLCs and their origins should be added by NASA dedicated AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere) mission, launching in 2006

More recent studies, by 2011, are bringing more details. Since 2007, a NASA mission called Aeronomy of Ice in the Mesosphere (AIM) has shown that the cloud formation is changing year to year, a process they believe is intimately tied to the weather and climate of the whole globe. The formation of the clouds requires both water and incredibly low temperatures as temperatures turn out to be one of the prime driving factors for when the clouds appear. PMCs occur in a layer of the atmosphere called the mesosphere. They light up because they're so high that they reflect sunlight from over the horizon. They are formed of ice water crystals most likely created on meteoric dust. And they are exclusively a summertime phenomenon as because of the dynamics of the atmosphere the coldest temperatures of the year near the poles happen to exist in summer at that height in the mesosphere past a freezing -210º F (-134 ºC). As summer warmth heats up air near the ground, the air rises. As it rises, it also expands since atmospheric pressure decreases with height. Scientists have long known that such expansion cools things down. As the phenomenon is constant, in terms of regularity, in the northern hemisphere, the southern hemisphere turns out to be highly variable because the onset of the clouds there is timed to something called the southern stratospheric vortex – a winter wind pattern that circles above the pole, and which can linger well into the southern summer season, keeping the lower air cold. Researchers also believe there is a connection between seemingly disparate atmospheric patterns in the North and South. The upwelling of polar air each summer that contributes to noctilucent cloud formation is part of a larger circulation loop that travels between the two poles. So wind activity some 13,000 miles away in the northern hemisphere appears to be influencing the southern circulation. A 3 to 10 day time lag between low-lying weather events in the North and weather events in the mesosphere in the South for example has been spotted. The lower atmosphere at the southern poles has little variability, and so the upper atmosphere where the clouds form at the northern poles stays fairly constant explaining the regularity of PMCs there

Les nuages noctilumineux

Les nuages "noctilumineux" (en anglais: "noctilucent clouds", "NLC") sont les plus hauts nuages sur Terre, coincés entre la Terre et l'espace à 80km au-dessus de la surface, dans la couche de l'atmosphère appelée la mésosphère. Pendant l'été des deux hémisphères, la mésosphère est à son plus humide, de la vapeur d'eau s'élevant depuis les latitudes plus basses; cette saison, de plus, est aussi celle où la mésosphère est l'endroit le plus froid de la Terre -jusqu'à -99°.C.- du fait des flux saisonniers de l'air. Les nuages noctilumineux sont des nuages d'une extrême haute altitude, de couleur bleu électrique, que l'on voit surtout à partir de la fin du printemps et pendant les mois d'été après le coucher du Soleil, aux latitudes supérieures à 40°. D'abord observés en 1885, on appelle ces nuages des nuages noctilumineux, ou nuages mésosphériques polaires ("polar mesospheric clouds" en anglais, ou PMC). On connaît encore mal leur origine mais on pense que les météorites leur servent d'ancrage; les nuages sont très froid et rempli de petits cristaux de glace. Les nuages noctilumineux sont affectés par les ondes de gravité atmosphériques, lesquelles proviennent de la convection et de la montée de masses d'air -ce qui se produit, par exemple, lorsque de l'air est poussé en altitude par une chaîne de montagnes. Pour ce qui est de l'observation, les nuages noctilumineux doivent être cherchés depuis les hautes latitudes, en regardant vers l'Ouest 30 à 60 minutes après le coucher du Soleil alors que celui-ci se trouve entre 6 et 16° en-dessous l'horizon. On cherchera des nuages fins, lumineux, bleus-blancs qui s'étendent dans le ciel. Les nuages noctilumineux pourraient être devenus plus nombreux entre 40 et 50° de latitude nord depuis le début du XXIème siècle. Les nuages noctilumineux ne sont pas liés au cycle solaire de 11 ans

Ces nuages apparaissent, dans les régions circumpolaires nord et sud, dans la partie supérieure de cette région de l'atmosphère terrestre que l'on appelle la "mésosphère" (qui s'étend de 60 à 85 km (37-53 miles) d'altitude). Les nuages noctilumineux sont vues à une altitude d'approximativement 80 à 85 km (50-53 miles), là où se trouve la "mésopause", la région qui sépare la mésosphère de l'ionosphère. A ces altitudes, la vapeur d'eau peut se transformer, par le froid, en nuages de cristaux de glace. La saison la plus favorable pour la formation de ces nuages est la fin du printemps et l'été au-dessus des régions polaires: l'atmosphère basse se réchauffe , l'atmosphère supérieure se refroidit et des cristaux de glace se forment sur de la poussière météoritique et d'autres particules qui se trouvent là. Certains pensent que ces nuages sont à lier à l'explosion gigantesque du Krakatoa, en 1883, ce volcan d'Indonésie qui propulsa dans l'atmosphèe des nuages de cendre volcanique. C'est en effet à cette époque que l'on vit des nuages noctilumineux pour la première fois. Mais, lorsque les effets de l'éruption se calmèrent, on continua de voir de tels nuages. Un constituant-clé des nuages noctilumineux provient de l'espace sous la forme de ce qu'on appelle, en anglais, la "meteor smoke" (littéralement, "poussière de météorite"). Cette poussière se retrouve à l'intérieur des nuages et elle est l'agent du processus de "nucléation" par lequel des cristaux de glace se forment autour des grains de météorites. 3% des cristaux d'un nuage noctilumineux est d'origine météoritique: lorsque des météorites atteignent l'atmosphère terrestre et y brûlent, laissant derrière elles, entre 70 et 100km (43-62 miles) d'altitude une "brume" de fines particules (il y en a 20000 par cm³) qui s'électrisent). Les particules sont transportées, dans la mésosphère, en direction des pôles (zone de l'atmosphère terrestre qui, en été, est la plus froide de notre planète). Les cristaux de glace d'un nuage noctilumineux ont une taille de 20 à 70 nanomètres (10 à 100 fois plus petits que ceux d'un cirrus); ils se constituent autour de particules météoritiques, chargées électriquement, d'entre 0,4 à 1,2 nanomètres. C'est cette petite taille des cristaux des nuages noctilumineux qui déterminent la couleur bleue de ceux-ci: de petites particules réfractent plus fortement les longueurs d'onde courtes de la lumière (donc le bleu) et les longueurs d'onde longues (donc le rouge). Aussi, lorsque la lumière arrive sur les nuages noctilumineux, c'est le bleu qui est réfracté en direction de la surface terrestre. Le mystère le plus important demeure cependant: pourquoi les nuages s'illuminent-ils et s'étendent-ils en taille? Les nuages noctilumineux, au XIXème siècle, se voyaient aux hautes latitudes seulement, au-dessus de 40°, (Canada, Scandinavie, par exemple). Depuis, on les observe plus au Sud (Colorado, Utah, Nebraska, par exemple) et on n'a pas d'explication pour cela. Bien que la mésosphère soit sèche, les vents, en été, y apportent de la vapeur d'eau. Les produits venant des moteurs des fusées pourraient aussi servir de point de nucléation. Le réchauffement global du climat de la Terre pourrait, par ailleurs, servir d'explication générale aux nuages noctilumineux car le réchauffement global abaisse les températures aux hautes altitudes. Les NLC se voient le plus souvent au coucher ou au lever du Soleil en été car c'est à cette saison que les molécules d'eau sont élevées dans l'atmosphère et se mélangent à la brume de météorites. C'est aussi l'époque où la haute atmosphère, paradoxalement, la plus froide. On pensait que les nuages noctilumineux étaient liés, dans une corrélation inverse, au cycle du Soleil: le pic au moment du minimum solaire, le minimum au moment du pic solaire. Mais un pic d'activité pendant l'été 2013, cependant -le Soleil étant à son minimum- serait vraisemblablement dû au fait que, dans l'hémisphère sud, de l'autre côté du monde où ont lieu les NLC, de forts vents stratosphériques altèrent les circuits globaux de circulation: plus de vapeur est apportée jusque dans la haute atmosphère et l'air, de plus, y devient plus froid

Les nuages noctilumineux, pendant l'été apparaissent dans une proportion d'1 nuit sur 5. Il faut les chercher, au long de l'arc du crépuscule, à l'Ouest, de 30 minutes à 1 heure après le coucher du Soleil, lorsque le Soleil se trouve de 6 à 16° en-dessous de l'horizon. Les lieux situés à des latitudes supérieures à 40° sont favorisés. L'observation des nuages noctilumineux présente un intérêt pour les scientifiques car elle fournit des données sur la région de l'atmosphère située près de la mésopause. Une bonne page au sujet des nuages noctilumineux est (en anglais) à "What are NLC?". Plus de détails sur les nuages noctilumineux et leurs origines devraient venir de la mission AIM de la NASA ("Aeronomy of Ice in the Mesosphere") prévue pour être lancée en 2006 et qui a pour but l'étude de ces nuages

Des études récentes, en 2011, ont apporté plus de détails. Depuis 2007, la mission AIM de la NASA a montré que la formation des nuages change chaque année, un processus qui semble lié étroitement à la météorologie et au climat de la planète entière. La formation des PMC demande à la fois de l'eau des températures extrêmement froids, la température semblant l'un des principaux facteurs de l'époque de l'apparition des nuages. Les PMC apparaiseent dans la mésosphère et leur lumière vient de ce qu'ils sont si élevés qu'ils reflètent la lumière du Soleil par-delà l'horizon. Ils sont formés de cristaux de glace qui doivent se former sur la base de poussière de météorites. Il s'agit d'un phénomène d'été seulement car, du fait de la dynamique de l'atmosphère, les températures les plus froides de l'année, aux pôles, ont lieu, pour la mésosphère, à cette période, atteignant -134°C (-210°F): l'été chauffe l'air près du sol, ce qui le fait s'élever en altitude; s'élevant il occupe un plus grand volume (du fait de la diminution de la pression atmosphérique avec l'altitude) et, ce faisant, il se refroidit. Les PMC ont une régularité d'horloge dans l'hémisphère nord, ce qui n'est pas le cas pour l'hémisphère sud où leur apparition est plus variable. Cela est dû à l'existence du vortex stratosphérique sud, un système de vents d'hiver qui entoure le pôle sud, qui peut durer jusqu'avant dans l'été austral et donc maintenir la froideur de l'air de surface. Les scientifiques pensent également qu'il existe une relation nette entre des mécanismes atmosphériques a priori différents de l'hémisphère nord et de l'hémisphère sud. La montée de l'air chaud, au Nord, chaque année, qui permet l'apparition des nuages noctilumineux fait partie d'un circuit de circulation qui relie les deux pôles! Ainsi, à 21000 km de distance, les vents, près du pôle nord, influencent les circuits atmosphériques du pôle sud. On a noté un délai de 3 à 10 jours entre des évènements de surface au Nord et des évènements qui ont lieu dans la mésosphère au Sud. Cela aussi explique la régularité des nuages au Nord: l'atmosphère de surface, au pôle sud, est moins variable, ce qui, par contrecoup, fait que la mésosphère, au Nord, reste aussi constante