بلندترین ابرهای زمین پایین می‌آیند

در شب‌های تابستان، مدت‌ها پس از غروب خورشید، ابرهایی نازک می‌توانند در آسمان گرگ‌ومیش به‌روشنی بدرخشند. این ابرها نخستین بار در 1885، پس از فوران بزرگ کراکاتوا در 1883، توصیف شدند. چون هنگامی که زمین در تاریکی است هنوز خورشید روشنشان می‌کند، باید بیش از 80 کیلومتر بالاتر شناور باشند. اگر از یخ آب ساخته شده باشند، چنان که از 1912 فرض شده است، هوای آنجا باید سردتر از 150 کلوین (حدود −120 °C) باشد. این‌ها ابرهای شب‌تاب (noctilucent clouds) هستند، بلندترین ابرهای زمین.

قناری‌ای در جو بالایی

از دیرباز گمان می‌رفت که این ابرها نشانه‌ای اقلیمی با خود دارند. افزایش دی‌اکسید کربن استراتوسفر و مزوسفر، یعنی لایه‌های زیر ابرها، را سرد می‌کند. لایه‌های سردشده منقبض می‌شوند: جو بالایی «کوچک می‌شود» و ابرها، که بر فراز آن نشسته‌اند، باید آرام‌آرام پایین بیایند. یک مدل اقلیمی این ناحیه، LIMA/MIMAS، دقیقاً همین را پیش‌بینی می‌کند — فرودی که پس از 1960 شتاب می‌گیرد و 6.5 برابر سریع‌تر از پیش می‌شود، چون دی‌اکسید کربن هر روز سریع‌تر افزایش می‌یابد.

آزمودن این پیش‌بینی دشوار است. بسامد پیدایش ابرها به شمار ناظران و وضع هوا بستگی دارد؛ روشنایی‌شان با ابزارهایی کالیبره‌نشده اندازه‌گیری شده است. اما ارتفاع آن‌ها از زمان کشفشان اندازه‌گیری شده است. مرورهای پیشین هیچ روند روشنی نیافتند: ارتفاع‌ها به‌طور طبیعی میان 79 و 85 کیلومتر پراکنده‌اند، که بیش از افت مورد انتظار است.

مقایسهٔ همسان با همسان

اولگ اوگولنیکوف (Oleg Ugolnikov)، از مؤسسهٔ پژوهش‌های فضایی آکادمی علوم روسیه، و همکارانش در مسکو و کالینینگراد، نخست قواعدی سخت‌گیرانه گذاشتند. لیدارهای امروزی، که آسمان را با نور لیزر می‌کاوند، دانه‌های ریز یخ را در بالای لایهٔ ابر می‌بینند، در حالی که عکس‌ها درشت‌ترین دانه‌ها را در پایین آن می‌بینند — تا 2 کیلومتر پایین‌تر. پس تنها یک روش به حساب می‌آید: مثلث‌بندی (triangulation)، یعنی عکس گرفتن از یک ابر از دو یا چند جا و محاسبهٔ ارتفاعش از جابه‌جایی موقعیت آن.

آن‌ها بررسی‌های نادقیق را نیز کنار گذاشتند. نخستین بررسی، در 1887، به 79 کیلومتر رسید، اما دو ناظرش تنها 32.4 کیلومتر از هم فاصله داشتند و همگام‌سازی‌شان در حد چند دقیقه بود — در حالی که ابرها با سرعتی تا 50 متر بر ثانیه جابه‌جا می‌شوند — و این برای خطاهایی بیش از 10 کیلومتر کافی است. گروه تنها مکان‌هایی را نگه می‌دارد که دست‌کم 40 کیلومتر از هم فاصله دارند و زمان‌سنجی دقیقی داشته‌اند: او. یسه (O. Jesse) در اطراف برلین در 1890-1891، ک. اشتورمر (C. Störmer) در نزدیکی اسلو در 1932-1934، سپس استکهلم، استونی، لتونی و اسکاتلند، تا خط پایه‌ای 200 کیلومتری در 1986.

بیست هزار ارتفاع تازه

از 2020، حدود بیست دوربین، که بیشترشان به شبکهٔ خودکار استارویزور (Starvisor) تعلق دارند، آسمان میان عرض‌های 54 و 61 درجهٔ شمالی را زیر نظر داشته‌اند. این دوربین‌ها در گروه‌هایی با فاصلهٔ 50 تا 200 کیلومتر از هم کار می‌کنند و تا چهار تصویر در دقیقه می‌گیرند. نرم‌افزاری هر میدان ابر را به تکه‌هایی تقسیم می‌کند، این تکه‌ها را میان دوربین‌ها با هم جفت می‌کند و ارتفاع و سرعتشان را محاسبه می‌کند. نتیجه: حدود 20,000 ارتفاع جداگانه.

روش دومی با همان تصاویر آن‌ها را وارسی می‌کند. وقتی ابری به درون سایهٔ زمین می‌لغزد، نخست آبی‌تر می‌شود، هنگامی که نور خورشیدِ رسیده به آن از لایهٔ اوزون می‌گذرد، سپس سرخ‌تر، هنگامی که این نور از جو پایینی عبور می‌کند. زمان‌بندی این تغییر رنگ‌ها ارتفاع ابر را به دست می‌دهد. پس از تصحیحی برای غبارِ ذرات ریز در استراتوسفر، دو روش تا 0.18 کیلومتر با هم سازگارند.

باز کردن کلاف سرنخ‌ها

ارتفاع این ابرها به فصل، ساعت شب، کشندهای ماه، عرض جغرافیایی و فعالیت خورشیدی نیز بستگی دارد. گروه همهٔ این عوامل را هم‌زمان، اندازه‌گیری به اندازه‌گیری، از 1890 تا 2026 برازش داد. تنها دو اثر برجسته‌اند: فصل، با پایین‌ترین ابرها در حدود 10 ژوئیه، چند هفته پس از انقلاب تابستانی، و روند بلندمدت.

این روند به صورت کسری K از پیش‌بینی مدل سنجیده می‌شود: K = 1 یعنی مدل درست است و K = 0 یعنی هیچ روندی در کار نیست. برازش K = 0.52 ± 0.18 را به دست می‌دهد — فرودی که با اطمینان بیش از 99.5% آشکار شده، اما نصف آن چیزی است که مدل پیش‌بینی می‌کند. امروز، این یعنی حدود 1.2 کیلومتر در هر سده.

یک وارسی ساده آن را تأیید می‌کند. پیش از 2000، میانگین ارتفاع همهٔ اندازه‌گیری‌ها 82.52 کیلومتر بود؛ در دههٔ 2020 این میانگین 81.83 کیلومتر است. ابرها 0.69 کیلومتر پایین‌تر قرار دارند، یعنی حدود نصف افتی که مدل از 1960 به این سو انتظار دارد.

کف فرو می‌نشیند، سقف می‌ماند

یک جزئیات جلب نظر می‌کند. لبهٔ بالایی گسترهٔ ارتفاع ابرها، چه در طول فصل و چه در طول دهه‌ها، به‌زحمت جابه‌جا شده است. لبهٔ پایینی حدود دو برابر میانگین پایین آمده است — نزدیک به آهنگی که مدل پیش‌بینی می‌کند.

نویسندگان انتظار دارند که مثلث‌بندی‌های بیشتر میانگین ارتفاع امروز را دقیق‌تر کند، اما خود روند همچنان با شمار اندک و دقت متوسط اندازه‌گیری‌های قدیمی محدود خواهد ماند. به نوشتهٔ آن‌ها، دستاورد واقعی زمانی به دست خواهد آمد که لیدارها، ماهواره‌ها و دوربین‌ها به اندازهٔ کافی در سدهٔ بیست‌ویکم ابرها را زیر نظر گرفته باشند.