地球上最高的云正在下沉

在夏夜，日落后很久，稀薄的云仍能在暮光天空中明亮地闪耀。它们最早于1885年被描述，那是在1883年喀拉喀托火山大喷发之后。由于地面已陷入黑暗时它们仍被太阳照亮，它们必定飘浮在80多千米的高空。如果它们像1912年以来人们所设想的那样由水冰构成，那里的气温一定低于150开尔文。这就是夜光云，地球上最高的云。

高层大气中的“金丝雀”

人们早就怀疑它们携带着气候信号。不断增加的二氧化碳会使平流层和中间层——位于云下方的大气层——变冷。变冷的大气层会收缩：高层大气“缩小”，栖身其顶部的云应当慢慢下沉。针对这一区域的气候模型LIMA/MIMAS恰恰预测了这一点——随着二氧化碳增长得越来越快，下降在1960年之后加速，速度是此前的6.5倍。

检验这一点并不容易。云出现的频率取决于观测者的数量和天气；它们的亮度是用未经校准的仪器测量的。然而，它们的高度自被发现以来就一直有人测量。此前的综述没有发现明确的趋势：高度在79到85千米之间自然波动，波动幅度超过了预期的降幅。

同类相比

俄罗斯科学院空间研究所的Oleg Ugolnikov与莫斯科和加里宁格勒的同事首先定下了严格的规则。现代激光雷达用激光探测天空，看到的是云层高处的微小冰粒，而照片看到的是云层底部最大的冰粒——两者相差可达2千米。因此只有一种技术算数：三角测量，即从两个或更多地点拍摄同一片云，根据其位置的偏移算出高度。

他们还剔除了不精确的观测。最早的一次观测是在1887年，得出79千米，但两位观测者相距只有32.4千米，时间同步只精确到几分钟以内，足以造成超过10千米的误差。团队只保留相距至少40千米且计时精确的观测点：1890–1891年O. Jesse在柏林周边的观测，1932–1934年C. Störmer在奥斯陆附近的观测，随后是斯德哥尔摩、爱沙尼亚、拉脱维亚和苏格兰，直到1986年基线长达200千米的观测。

两万个新高度

自2020年以来，约二十台相机——其中大部分属于自动化的Starvisor网络——一直在北纬54度至61度之间观测天空。它们以相距50至200千米的小组形式工作，每分钟最多拍摄四张图像。软件把每片云场切分成碎片，在不同相机之间进行匹配，并计算出它们的高度和速度。结果是约20000个单独的高度值。

第二种方法利用同样的图像对这些高度进行核验。当一片云滑入地球的阴影时，它先是变得更蓝——此时照亮它的阳光穿过臭氧层——然后变得更红，因为阳光穿过了低层大气。这些颜色变化发生的时刻给出了它的高度。在对平流层细颗粒物造成的霾进行校正之后，两种方法的结果相差不到0.18千米。

理清线索

这些云的高度还取决于季节、夜间时刻、月球潮汐、纬度和太阳活动。团队对1890年至2026年的所有测量逐一拟合，同时考虑所有这些因素。只有两种效应凸显出来：一是季节——最低的云出现在7月10日前后，即夏至之后几周；二是长期趋势。

这一趋势以模型预测值的一个比例K来衡量：K = 1表示模型正确，K = 0表示没有趋势。拟合得出K = 0.52 ± 0.18——检测到下降的置信度超过99.5%，但降幅只有模型预测的一半。按目前的情况，这意味着每世纪约1.2千米。

一个简单的检验证实了这一点。2000年以前，所有测量的平均高度为82.52千米；在21世纪20年代，这一数值为81.83千米。云的位置低了0.69千米，约为模型预期的1960年以来降幅的一半。

底部下降，顶部不动

有一个细节很突出。云的高度范围的上沿几乎没有变化，无论是在一个季节之内还是在几十年间。下沿的降幅约为平均值的两倍——接近模型预测的速度。

作者预计，进一步的三角测量将使如今的平均高度更加精确，但趋势本身仍将受限于旧测量数量少、精度一般。他们写道，真正的进展要等到激光雷达、卫星和相机在21世纪对这些云进行足够长时间的观测之后。