在我们大气层的顶端，有一层薄薄的季节性电蓝色云层。这些云在夏季在极地上空50英里处形成，被称为夜光云或极地中间层云- pmc。美国国家航空航天局(NASA)最近进行了一次长时间的气球任务，在他们位于中间层的家中观察了五天的这些云。科学家们刚刚开始分析这些照片，它们将帮助我们更好地理解大气中的湍流，以及海洋、湖泊和其他行星大气中的湍流，甚至可能改善天气预报。

 

2018年7月8日，美国宇航局的PMC涡轮增压任务发射了一个巨大的气球，在离地面50英里的高空研究PMC。在5天的时间里，这只气球从瑞典埃斯朗日发射升空，在平流层中漂浮，穿过北极，到达加拿大努纳维特西部。在飞行过程中，气球上的摄像机拍摄了600万张高分辨率的图像，杏耀这些图像存储了120兆兆字节的数据，其中大部分包括各种PMC显示器，揭示了导致湍流的过程。科学家们现在开始研究这些图像，第一眼看上去很有希望。

 

“从我们目前所看到的情况来看，我们期望从这次任务中得到一个真正壮观的数据集，”位于科罗拉多州博尔德的全球大气技术与科学PMC涡轮任务的首席研究员Dave Fritts说。“我们的相机可能能够捕捉到一些非常有趣的事件，我们希望能对这些复杂的动态提供新的见解。”

 

通过观察极地气层云，美国宇航局的PMC Turbo任务正在帮助科学家更好地理解地球上层大气中的湍流。

 

夜光云在高层大气中的微小流星残骸上凝结成冰晶。这些结果使得明亮的蓝色涟漪云在夏天太阳下山后在极地地区可见。这些云团受到所谓的大气重力波的影响，重力波是由气团的对流和抬升引起的，比如当空气被山脉推高时。波在把能量从低层大气传递到中层大气中起着主要作用。

 

Fritts说:“这是我们第一次能够可视化能量从较大的引力波到较小的流不稳定性和上层大气湍流的流动。”“在这些海拔高度，你可以看到重力波破裂——就像海滩上的海浪——然后层叠成湍流。”

 

PMC涡轮气球的有效载荷配备了7个专门设计的成像系统来观察云层。每个都包括一个高分辨率的相机，一个计算机控制和通信系统，以及32兆兆字节的数据存储。七个成像系统被安排来创建一个宽视野的马赛克，跨度100英里，每个窄视野能够成像湍流特征，小到20码宽。这是第一次， 杏耀介绍 ，激光雷达——或者激光雷达——测量了pmc的精确高度，以及pmc上下的重力波的温度波动。

 

“我们从图像中知道了二维波的结构，但为了全面描述波的结构，我们还需要测量三维波，”德国威斯灵德国航空航天中心(German Aerospace Center)的研究员贝恩德·凯夫勒(Bernd Kaifler)说。凯夫勒设计了气球的激光雷达实验。“通过激光雷达的测量，我们可以推断出波的垂直结构，从而提供了重要的数据，这是单靠成像实验无法获得的。”

 

了解湍流的原因和影响将帮助科学家不仅了解上层大气的结构和变化，而且还了解其他领域。在整个宇宙中，流体都会产生湍流，研究结果将有助于科学家在所有系统中更好地模拟湍流。最终，研究结果甚至将有助于改进天气预报模型。

 

了解近地空间的各种过程——包括它们如何与地球的大气和天气相互作用——是NASA太阳物理学研究的关键部分，该研究使用了一组完整的卫星和亚轨道仪器，从不同的角度观察不同的现象。NASA还利用中间层冰的高空探测技术研究夜光云，该技术于2007年发射进入近地轨道。AIM在全球范围内跟踪云的大规模特征，但只能解析几英里范围内的特征。PMC涡轮有助于填补细节，解释发生湍流的小尺度发生了什么。

 

PMC涡轮增压器的有效载荷已成功地从加拿大北极地区的着陆点上回收，杏耀平台回收的仪器预计将有助于未来的任务，包括预计将于明年12月在南极洲上空飞行的仪器。

 

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心位于弗吉尼亚州的瓦勒普斯飞行中心管理着该机构的科学气球飞行计划，每年从世界各地的发射地点进行10到15次飞行。