Reikhalzend kijken de kenners in juni en juli iedere heldere avond uit of ze er ook zijn, de ‘lichtende nachtwolken’. De blauwwitte, zilverachtige wolken vertonen soms fraaie golfstructuren en bieden door hun vorm en kleur iets dat de ‘gewone’ wolken in de lagere atmosfeer niet bezitten. Dit seizoen zijn ze ongekend actief. Nachtwolkwaarnemer en luchtvaartmeteoroloog Jacob Kuiper geeft in deze longread een analyse waarom 2019 dé grote kaskraker van de afgelopen jaren lijkt te worden.
Buiten een relatief kleine waarnemersgroep om, zijn de meeste mensen doorgaans niet of nauwelijks op de hoogte van het bestaan van dit soort wolken. Dat de lichtende nachtwolken niet bij het brede publiek bekend zijn is logisch, want in een gemiddeld zomerseizoen komen ze vaak maar op 2 tot 5 late avonden en/of vroege ochtenden voor. Meestal bevinden ze zich dan ook nog vrij laag boven de noordelijke horizon waar andere objecten ze gemakkelijk aan het zicht kunnen onttrekken. Toch raakt het grote publiek de laatste jaren meer en meer bekend met het verschijnsel. De sterk toegenomen ‘camera-dichtheid’ onder de mensen en het relatief vaak verschijnen van deze bijzondere wolken heeft de onbekendheid teruggedrongen. De weerpresentatoren tonen met enige regelmaat nu op televisie de fraaie wolkenformaties, wat sterk bijdraagt aan de bekendheid van het fenomeen. Maar wat weten we nu eigenlijk over deze wolken? Hoe ontstaan ze en komen ze steeds vaker voor?
Lichtende nachtwolken op 13 juni 2019, omstreeks 00:03 vanuit Steenwijk. Foto: Jacob Kuiper
Stof en ijs vormen spiegeltjes
Lichtende nachtwolken bevinden zich op zeer grote hoogte in de atmosfeer. In de onderste 10 tot 15 kilometer van de dampkring, de troposfeer, vinden we de wolken die we dagelijks meemaken. In de laag daarboven, de stratosfeer, is het droog en vormen zich nauwelijks wolken. In de winter kunnen er in de stratosfeer op heel zeldzame momenten tussen 20 en 30 kilometer hoogte bij zeer lage temperaturen de zogenaamde parelmoerwolken ontstaan. In de nog hoger gelegen atmosfeerlaag, de mesosfeer, is eigenlijk ook te weinig waterdamp aanwezig om wolken te vormen. In het zomerseizoen ontstaan op hoge noordelijke breedte in de mesosfeer echter verticaal omhoog gerichte bewegingen die de ijle atmosfeer laten afkoelen. De afkoeling is aan de top van die laag, bij de zogeheten mesopauze, toch sterk genoeg om waterdamp te laten sublimeren tot ijskristalletjes. De temperatuur waarbij dat proces goed op gang komt ligt dan al rond de min 120 graden Celsius. De ijskristalletjes zetten zich graag af op minieme stofdeeltjes. Die stofdeeltjes zijn er op die hoogte, rond 80 tot 85 kilometer, in ruime mate voorhanden. Het zijn de resten van meteoren die al iets hoger in de atmosfeer uiteenvallen door de wrijving met de luchtmoleculen. De asresten van de meteoroïden zijn microscopisch klein en blijven lange tijd zweven op die grote hoogte. Juist rond de mesopauze zijn de meteoorresten dan een mooie basis om te berijpen. De berijpte deeltjes zijn dan zo groot dat ze het zonlicht kunnen weerkaatsen en als spiegeltjes gaan fungeren. De diameter van de afzonderlijke stofjes blijft echter superklein, vaak niet groter dan 1 tienmiljoenste meter. Dat weerkaatste zonlicht is daardoor erg zwak, zo zwak dat de berijpte stofjes pas zichtbaar worden als de hoeveelheid weerkaatst licht dat van de helderheid van de normale hemelachtergrond overtreft. Het duurt daarom in onze streken vaak minstens tot vijf kwartier na zonsondergang (of tot maximaal 5 kwartier voor zonopkomst) dat de wolken zichtbaar worden.
Kijken naar Noorwegen en Zweden
Vanwege hun verschijningsmoment worden ze daarom nachtwolken genoemd, hoewel er in de zomer eigenlijk op onze breedte alleen maar sprake is van diepe schemering ( de ‘grijze’ nachten). Juist door dat feit, te danken aan de zon die niet zo heel ver onder de horizon staat, is het recept voor lichtende nachtwolken compleet. De stofdeeltjeshoogte op 85 kilometer verblijven op deze noordelijke breedte nog langer in de zon en kaatsen daardoor het licht ook naar onze positie in de schemering. Rond half twee in de nacht staat de zon het verst onder onze horizon en komt ook een groot deel van de nachtwolken even in het donker. In de aardschaduw is er dan geen mogelijkheid meer om zonlicht te weerkaatsen. Alleen berijpte stofdeeltjes die op zeer noordelijke breedte zweven, bijvoorbeeld boven midden Noorwegen, blijven de hele nacht in het zonlicht. Vanuit ons land zijn die zeer noordelijke wolken soms nog te zien, maar ze bevinden zich zeer laag boven de noordelijke horizon, soms niet hoger dan 1 graad aan de hemel. Het is wel bijzonder om dan in feite wolken te zien die zich op meer dan 1000 kilometer afstand van jou bevinden, ergens ver boven Noorwegen of Zweden.
1885
Het optreden van lichtende nachtwolken wordt al meer dan 100 jaar nauwkeurig bijgehouden. De allereerste meldingen komen uit 1885. Dat wil niet zeggen dat ze daarvoor nooit zijn gezien, maar er bestaan geen goede waarnemingsgegevens van. Wat opvalt, is dat er een sterke schommeling is in het aantal opgetreden situaties door de jaren heen. Het blijkt dat er ook een 11-jarige cyclus in is te ontdekken. De activiteitscyclus van de zon heeft invloed op het temperatuursverloop (verminderde kans op extreem lage waarden) in de mesosfeer en op de hoeveelheid ultraviolette straling. Die UV-straling is voor een deel verantwoordelijk voor het uiteenvallen van waterdampmoleculen in zijn afzonderlijke elementen. Beide effecten leveren tijdens een zonne(vlekken)maximum dus indirect een verlaagde kans op rijpvorming op de meteoorresten. In de jaren rond het zonnevlekkenminimum lijkt het aantal waarnemingen van lichtende nachtwolken dus gemiddeld hoger te liggen.
Lichtende nachtwolken op 21 juni omstreeks 23:21, gezien vanuit Steenwijk. Foto: Jacob Kuiper
Rol van methaan?
In de laatste decennia lijkt er echter een toename in de hoeveelheid polaire mesosfeerwolken, zoals de wetenschap deze wolken meestal noemt, te constateren. Mogelijk wordt vanuit de lagere atmosfeer meer waterdamp naar de mesosfeer gevoerd, waardoor de kans op rijpvorming op de meteoroïderestanten toeneemt. Een van de mogelijkheden om meer water(damp) in de hogere atmosfeer te krijgen, biedt het broeikasgas methaan. De concentratie methaan in de troposfeer neemt de laatste decennia toe (o.a. door verhoogde uitstoot/aanmaak door landbouw en veeteelt en permafrostsmelt in de toendra’s). Dat opstijgende methaan kan op grote hoogte in de atmosfeer chemisch reageren met andere stoffen en onder invloed van sterke UV-straling van de zon uiteenvallen, waarbij dan water vrijkomt. Het onderzoek naar de toenemende concentratie waterdamp in de mesosfeer is nog erg jong en veel zaken zijn nog niet bekend. Door de veranderende samenstelling van gasconcentraties zijn de mogelijkheden om rijp op de het meteoorstof te laten groeien wellicht steeds gunstiger. De wijzigende frequentie en de mate waarin polaire mesosfeerwolken voorkomen, kan dus een aanwijzing zijn dat ook in de hoogste delen van de dampkring nieuwe evenwichten worden opgezocht.
De kaskraker van seizoen 2019
Met de 11-jarige zonneactiviteit nu zo ongeveer op het laagst, heeft het lichtende- nachtwolkenseizoen 2019 zich niet onbetuigd gelaten. Met de AIM-satelliet, speciaal aan het werk om polaire mesosfeerwolken in kaart te brengen, werden de eerste wolken waargenomen op 22 mei en dat is bijzonder vroeg. De concentratie polaire mesosfeerwolken nam daarna snel toe en reikte tot breedtegraden waar ze normaal niet of nauwelijks worden gezien. Vanuit Nederland en België werden de laatste weken vrijwel iedere heldere avond/nacht lichtende nachtwolken waargenomen. Dat is bijzonder en levert een verschijningsfrequentie die vele malen hoger ligt vergeleken met ‘magere’ jaren. Culminatie in het huidige nachtwolkenseizoen was de topdisplay op de late avond van 21 juni 2019. Rond 23.00 uur was de hemel in onze streken voor meer dan 80% bedekt met lichtende nachtwolken. Als groot liefhebber van het fenomeen, doe ik al sinds 1983 waarnemingen. Iedere heldere weersituatie in de zomernachten wordt geturfd of ze er wel of niet waren. De grote hoeveelheid verschijningen in dit seizoen zijn wat dat betreft al historisch. De uitgebreidheid waarmee het verschijnsel op 21 juni te zien was, brak de recordverschijning die op 2 juli 2008 in de vroege ochtend zichtbaar was. Ook andere nachtwolken-waarnemers die al meerdere decennia het verschijnsel bijhouden, spreken van een absolute topper in deze toevallig kortste nacht van het jaar.
Polaire mesosfeerwolken AIM satelliet 16 juni 2019 Foto: NASA.
Deel jouw foto’s
Heb je ook lichtende nachtwolken gezien? Deel je foto’s online op sociale media met de hashtag #lichtendenachtwolken en tag de Werkgroep Meteoren. We zijn te vinden op Twitter én op Instagram. Voor meer foto’s van lichtende nachtwolken kun je ook terecht op de Instagram van de KNVWS.
Tekstbijdrage: Jacob Kuiper, luchtvaartmeteoroloog bij het KNMI, tevens bestuurslid van de KNVWS en al jaren lid van de Werkgroep Meteoren.