Die Zeichnung des Himmels eines Kindes zeigt normalerweise aufgedunsene, ballonartige Wolken, die in starkem Kontrast zu einem blauen Hintergrund stehen. Nun hat ein an einem Flugzeugflügel befestigtes holografisches Gerät gezeigt, dass eine einfache Skizze tatsächlich eine ziemlich gute Ähnlichkeit mit echten Cumuluswolken aufweist.
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Das Hightech-System bildete die winzigen Tröpfchen an den Rändern der Wolken ab und stellte fest, dass es einen scharfen Übergang zwischen Wolke und Himmel gibt. Die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern helfen, bessere Klima- und Wettermodelle zu entwickeln, die die Auswirkungen von Wolken genauer darstellen.
Alle Wolken sind Ansammlungen winziger Wasser- und Eiskristalle, die so klein sind, dass sie nicht zu schnell fallen. Abhängig davon, wie diese Partikel das Sonnenlicht streuen, können Wolken hellweiß oder trostlos grau aussehen. Und wenn die Tröpfchen kollidieren und sich vereinigen, fallen Wasser und Eis als Niederschlag aus.
"Wie Wolken Licht streuen und wie schnell sie Niederschlag bilden können, hängt stark von der Anzahl und Größe der darin enthaltenen Partikel ab", erklärt Raymond Shaw, ein Atmosphärenforscher an der Michigan Technological University. Bisher konnten die Wissenschaftler jedoch nicht sehen, was mit diesen Partikeln passiert.
Shaw und seine Kollegen verwendeten ein Gerät namens Holographic Detector for Clouds (HOLODEC), das an der Kante eines Flugzeugflügels befestigt wird. Während das Flugzeug durch eine Wolke fliegt, zeichnet ein Laserstrahl die Partikel im Inneren dreidimensional auf.
„Wir können Hunderte oder sogar Tausende von Wolkentröpfchen messen, einschließlich ihrer Größe und wie sie im Weltraum gruppiert sind, und das alles in einem Volumen von etwa der Größe eines Textmarkers“, sagt Shaw.
Die Forscher flogen die HOLODEC durch Cumuluswolken über Colorado und Wyoming. Sie konzentrierten sich auf einzelne Züge, damit sie mehrmals zurückfliegen konnten, um Tröpfchen in verschiedenen Stadien des Lebenszyklus einer Wolke zu sehen, bemerkt Co-Autor Jeffrey Stith vom Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung.
Die Technologie war in der Lage, „eine bemerkenswerte Sicht auf Wolken auf mikroskopischer Ebene zu bieten, ähnlich wie Sie es vielleicht sehen würden, wenn Sie ein Mikroskop in eine Wolke bringen könnten, um einzelne Tröpfchen zu betrachten, wenn sie auf trockene Luftflecken treffen, die sich in der Wolke mischen. " er sagt.
Der holographische Detektor für Wolken ist hier an der Unterseite eines ebenen Flügels befestigt. (NCAR) Gegenwärtige Wetter- und Klimamodelle gehen davon aus, dass sich alle Partikel in einer Wolke gleich verhalten, aber die neue Studie, die diese Woche in Science erschien, ergab, dass eine Teilmenge der Tröpfchen vollständig verdunstet und deutliche Kanten erzeugt.
„Wir alle wissen, dass Wolken im großen Maßstab scharfe Kanten aufweisen können, aber es ist faszinierend zu sehen, wie scharf sie sind, wenn sie 10.000-mal näher herangezoomt werden“, sagt Shaw. Dieses Wissen könnte zu verbesserten Wetter- und Klimavorhersagen führen.
Das Erstellen von 3-D-Bildern aus den HOLODEC-Daten erfordert hochentwickelte Computerprogramme, die High-End-Grafikkarten verwenden, die denen von Videospielern ähneln, fügt Shaw hinzu.
"Ich denke, wir sollten all diesen Generationen von Teenagern dafür danken, dass sie ihren Beitrag zu einem tieferen Verständnis der Wolken geleistet haben", sagt er.
