DIE HÖCHSTEN WOLKEN DER ERDE SINKEN

In Sommernächten, lange nach Sonnenuntergang, können dünne Wolken hell am Dämmerungshimmel leuchten. Sie wurden erstmals 1885 beschrieben, nach dem großen Ausbruch des Krakatau 1883. Da sie noch von der Sonne beschienen werden, wenn der Boden schon im Dunkeln liegt, müssen sie mehr als 80 km hoch schweben. Wenn sie aus Wassereis bestehen, wie seit 1912 angenommen, muss die Luft dort kälter als 150 Kelvin sein. Das sind leuchtende Nachtwolken, die höchsten Wolken der Erde.

Ein Kanarienvogel in der oberen Luft

Seit Langem wird vermutet, dass sie ein Klimasignal tragen. Steigendes Kohlendioxid kühlt die Stratosphäre und die Mesosphäre ab, die Schichten unter den Wolken. Abgekühlte Schichten ziehen sich zusammen: Die obere Atmosphäre „schrumpft“, und die Wolken, die obenauf sitzen, sollten langsam absinken. Ein Klimamodell dieser Region, LIMA/MIMAS, sagt genau das voraus – ein Absinken, das sich nach 1960 beschleunigt, 6,5-mal schneller als zuvor, während Kohlendioxid immer schneller zunimmt.

Das zu prüfen, ist schwierig. Wie oft die Wolken erscheinen, hängt von der Zahl der Beobachtenden und vom Wetter ab; ihre Helligkeit wurde mit unkalibrierten Instrumenten gemessen. Ihre Höhe hingegen wird seit ihrer Entdeckung gemessen. Frühere Übersichtsarbeiten fanden keinen klaren Trend: Die Höhen streuen von Natur aus zwischen 79 und 85 km, mehr als das erwartete Absinken.

Gleiches mit Gleichem vergleichen

Oleg Ugolnikov vom Institut für Weltraumforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften und weitere Forschende in Moskau und Kaliningrad legten zunächst strenge Regeln fest. Moderne Lidars, die den Himmel mit Laserlicht abtasten, sehen winzige Eiskörner weit oben in der Wolkenschicht, während Fotografien die größten Körner an ihrer Unterseite sehen – bis zu 2 km tiefer. Deshalb zählt nur eine Technik: die Triangulation, bei der dieselbe Wolke von zwei oder mehr Orten aus fotografiert und ihre Höhe aus der Verschiebung ihrer Position berechnet wird.

Das Team ließ außerdem ungenaue Erhebungen weg. Die allererste, 1887, fand 79 km, doch die beiden Beobachtenden standen nur 32,4 km voneinander entfernt und waren nur auf Minuten genau synchronisiert, genug für Fehler von über 10 km. Das Team behält nur Standorte, die mindestens 40 km auseinanderliegen und genau zeitlich abgestimmt sind: O. Jesse rund um Berlin 1890-1891, C. Störmer nahe Oslo 1932-1934, dann Stockholm, Estland, Lettland und Schottland, bis hin zu einer Basislinie von 200 km im Jahr 1986.

Zwanzigtausend neue Höhen

Seit 2020 beobachten etwa zwanzig Kameras, die meisten davon im automatischen Netz Starvisor, den Himmel zwischen 54 und 61 Grad nördlicher Breite. Sie arbeiten in Gruppen, die 50 bis 200 km voneinander entfernt sind, und nehmen bis zu vier Bilder pro Minute auf. Eine Software zerlegt jedes Wolkenfeld in Fragmente, ordnet sie zwischen den Kameras einander zu und berechnet ihre Höhe und Geschwindigkeit. Das Ergebnis: etwa 20.000 einzelne Höhenwerte.

Eine zweite Methode überprüft sie mit denselben Bildern. Wenn eine Wolke in den Erdschatten gleitet, wird sie zuerst blauer, wenn ihr Sonnenlicht die Ozonschicht durchquert, dann röter, wenn es die untere Atmosphäre durchläuft. Der Zeitpunkt dieser Farbwechsel ergibt ihre Höhe. Nach einer Korrektur für den Dunst feiner Partikel in der Stratosphäre stimmen beide Methoden auf 0,18 km genau überein.

Die Hinweise entwirren

Die Höhe dieser Wolken hängt auch von der Jahreszeit, der Nachtzeit, den Mondgezeiten, der geografischen Breite und der Sonnenaktivität ab. Das Team passte all das gleichzeitig an, Messung für Messung, von 1890 bis 2026. Nur zwei Effekte heben sich ab: die Jahreszeit, mit den tiefsten Wolken um den 10. Juli, wenige Wochen nach der Sonnenwende, und der Langzeittrend.

Dieser Trend wird als Anteil K an der Vorhersage des Modells gemessen: K = 1 bedeutet, dass das Modell recht hat, K = 0 bedeutet keinen Trend. Die Anpassung ergibt K = 0,52 ± 0,18 – ein Absinken, das mit mehr als 99,5 % Konfidenz nachgewiesen ist, aber nur halb so stark wie vom Modell vorhergesagt. Heute bedeutet das etwa 1,2 km pro Jahrhundert.

Eine einfache Kontrolle bestätigt es. Vor 2000 lag die durchschnittliche Höhe aller Messungen bei 82,52 km; in den 2020er-Jahren liegt sie bei 81,83 km. Die Wolken liegen 0,69 km tiefer, etwa die Hälfte des Absinkens, das das Modell seit 1960 erwartet.

Der Boden fällt, die Spitze hält

Ein Detail sticht hervor. Der obere Rand des Höhenbereichs der Wolken hat sich kaum bewegt, weder über die Jahreszeit noch über die Jahrzehnte. Der untere Rand ist etwa doppelt so stark gesunken wie der Durchschnitt – nahe an dem Tempo, das das Modell vorhersagt.

Die Autoren erwarten, dass weitere Triangulationen die heutige Durchschnittshöhe genauer bestimmen werden, doch der Trend selbst wird durch die geringe Zahl und die mäßige Genauigkeit der alten Messungen begrenzt bleiben. Der eigentliche Gewinn, schreiben sie, wird sich einstellen, sobald Lidars, Satelliten und Kameras die Wolken im 21. Jahrhundert lange genug beobachtet haben.