地球でいちばん高い雲が沈んでいる

夏の夜、日が沈んでからずっとあとまで、薄い雲が薄明の空で明るく輝くことがある。この雲が初めて記録されたのは1885年、1883年のクラカタウ大噴火のあとのことだった。地上が闇に包まれているときにもまだ太陽に照らされているのだから、80 kmを超える高さに浮かんでいるはずだ。1912年以来考えられてきたように水の氷でできているなら、そこの空気は150ケルビンより冷たいはずだ。これが夜光雲、地球でいちばん高い雲である。

上空のカナリア

夜光雲は、気候の信号を運んでいるのではないかと長く考えられてきた。二酸化炭素が増えると、雲の下にある層、成層圏と中間圏が冷える。冷えた層は縮む。上層大気が「縮み」、そのてっぺんに乗っている雲はゆっくり沈んでいくはずだ。この領域の気候モデルLIMA/MIMASは、まさにそれを予測している。二酸化炭素がますます速く増えるにつれ、1960年以降は低下が加速し、それ以前の6.5倍の速さになるというのだ。

これを検証するのは難しい。雲が現れる頻度は観測者の数や天候に左右され、明るさは較正されていない機器で測られてきた。しかし高度は、発見以来ずっと測定されてきた。それでも、これまでの総説ではっきりした傾向は見つからなかった。高さはもともと79〜85 kmのあいだでばらつき、その幅は予想される低下よりも大きいからだ。

同じものどうしを比べる

ロシア科学アカデミー宇宙研究所のOleg Ugolnikovと、モスクワとカリーニングラードの共同研究者たちは、まず厳しいルールを定めた。レーザー光で空を探る現代のライダーは、雲の層の上のほうにある小さな氷の粒をとらえるが、写真は層の底にある最も大きな粒をとらえる。その差は最大2 kmにもなる。そこで、数えるのはひとつの手法だけにした。三角測量だ。同じ雲を2か所以上から撮影し、見える位置のずれから高さを割り出す。

不正確な観測も除外した。いちばん最初の1887年の観測は79 kmという値を得たが、2人の観測者は32.4 kmしか離れておらず、時刻の同期も数分の精度だった。これでは10 kmを超える誤差が生じうる。チームが残したのは、少なくとも40 km離れ、時刻が正確にそろっている観測地点だけだ。1890〜1891年のベルリン周辺でのO. Jesse、1932〜1934年のオスロ近郊でのC. Störmer、続いてストックホルム、エストニア、ラトビア、スコットランド、そして1986年の基線長200 kmの観測までである。

2万の新しい高度

2020年以降、約20台のカメラが、北緯54度から61度のあいだの空を見つめてきた。その大半は自動観測網Starvisorに属している。カメラは50〜200 km離れたグループで動き、1分に最大4枚の画像を撮る。ソフトウェアが雲の広がりを断片に切り分け、カメラ間で対応づけ、その高さと速度を計算する。こうして約20,000個の高度が得られた。

2つ目の方法が、同じ画像を使ってこれを検証する。雲が地球の影に入っていくとき、まず太陽光がオゾン層を通過することで青みを増し、次に下層大気を通過することで赤みを増す。この色の変化のタイミングから高さがわかる。成層圏の微粒子によるかすみを補正すると、2つの方法は0.18 km以内で一致した。

手がかりを解きほぐす

夜光雲の高さは、季節、夜の時刻、月の潮汐、緯度、太陽活動にも左右される。チームはこれらすべてを、1890年から2026年までの測定ひとつひとつについて同時に当てはめた。際立っていたのは2つの効果だけだった。季節（雲が最も低くなるのは、夏至の数週間後の7月10日ごろ）と、長期的な傾向である。

この傾向は、モデルの予測に対する割合Kとして測られる。K = 1ならモデルが正しく、K = 0なら傾向はない。当てはめの結果はK = 0.52 ± 0.18だった。99.5%を超える信頼度で低下が検出されたが、その大きさはモデルの予測の半分だ。現在に換算すると、100年あたり約1.2 kmになる。

簡単な確認でもこれが裏づけられる。2000年以前、すべての測定の平均の高さは82.52 kmだった。2020年代には81.83 kmだ。雲は0.69 km低いところにあり、これは1960年以降にモデルが見込む低下のおよそ半分である。

底は下がり、てっぺんは動かない

ひとつの細部が目を引く。雲の高さの範囲の上端は、季節を通じても数十年を通じても、ほとんど動いていない。下端は平均のおよそ2倍下がっており、これはモデルが予測するペースに近い。

著者たちは、三角測量を重ねれば現在の平均の高さはさらに精密になると見込んでいる。しかし傾向そのものは、昔の測定の数の少なさと精度の低さに制約され続けるだろう。本当の進展は、21世紀にライダー、人工衛星、カメラが十分に長く雲を見守ったときに訪れる、と彼らは書いている。