Những hình ảnh AIM này chạy từ ngày 6 tháng 6 đến ngày 18 tháng 6 năm 2021, khi mùa mây sáng ở Bắc bán cầu đang sôi động. Các màu – từ xanh lam đậm đến xanh lam nhạt và trắng sáng – dùng để chỉ albedo của các đám mây, dùng để chỉ lượng ánh sáng mà bề mặt phản chiếu so với tổng ánh sáng mặt trời chiếu vào nó. Các vật thể có độ albedo cao sẽ sáng và phản xạ nhiều ánh sáng. Các vật thể không phản xạ nhiều ánh sáng có độ nhiễu thấp và tối. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA / HU / VT / CU-LASP / AIM / Joy Ng

Bởi vì tầng trung lưu mỏng hơn nhiều so với phần khí quyển mà chúng ta đang sống, ảnh hưởng của việc gia tăng khí nhà kính, chẳng hạn như carbon dioxide, khác với sự ấm lên mà chúng ta cảm thấy ở bề mặt. Một nhà nghiên cứu đã so sánh nơi chúng ta đang sống, tầng đối lưu, với một chiếc chăn dày hơn.

Đồng tác giả nghiên cứu James Russell và một nhà khoa học khí quyển tại Đại học Hampton ở Virginia cho biết: “Bầu khí quyển rất dày đặc gần bề mặt Trái đất. “CO2 giữ nhiệt giống như chăn bông giữ nhiệt cơ thể và giữ ấm cho bạn.” Trong tầng khí quyển thấp hơn, rất nhiều phân tử ở rất gần nhau, và chúng dễ dàng bẫy và truyền nhiệt của Trái đất giữa nhau, giữ ấm giống như chăn bông.

Điều này có nghĩa là lượng nhiệt của Trái đất truyền đến lớp trên và mỏng hơn lớp giữa sẽ ít hơn. Ở đó, các hạt rất ít và xa. Vì carbon dioxide cũng phát ra nhiệt một cách hiệu quả, bất kỳ nhiệt lượng nào mà carbon dioxide thu được sẽ thoát ra ngoài không gian sớm hơn so với việc nó tìm thấy một phân tử khác để hấp thụ. Kết quả là, nhiều khí nhà kính như carbon dioxide hơn đồng nghĩa với việc mất nhiều nhiệt hơn vào không gian – và tầng trên của bầu khí quyển đang nguội dần. Khi không khí lạnh đi, nó sẽ co lại, giống như cách một quả bóng bay nếu bạn đặt nó vào tủ đông.

Việc làm mát và co lại này không có gì đáng ngạc nhiên. Brenta Thriaraja, một nhà khoa học khí quyển tại Virginia Tech, người đã đóng góp vào nghiên cứu, cho biết: “Các mô hình cho thấy hiệu ứng này”. “Sẽ còn lạ hơn nếu phân tích dữ liệu của chúng tôi không cho thấy điều đó.”

Trong khi các nghiên cứu trước đây đã quan sát sự nguội lạnh này, chưa có nghiên cứu nào sử dụng bản ghi dữ liệu về độ dài này hoặc cho thấy sự co lại của tầng trên khí quyển. Các nhà nghiên cứu cho biết những phát hiện mới này củng cố niềm tin của họ vào khả năng mô hình hóa những thay đổi phức tạp của tầng khí quyển.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích nhiệt độ và áp suất đã thay đổi như thế nào trong suốt 29 năm, sử dụng ba bộ dữ liệu bao phủ bầu trời mùa hè ở Bắc Cực và Nam Cực. They examined the extent of the sky 30 to 60 miles above the surface. Ở hầu hết các độ cao, bầu khí quyển lạnh đi khi lượng carbon dioxide tăng lên. Hiệu ứng này có nghĩa là độ cao của bất kỳ áp suất khí quyển nào cũng giảm khi không khí lạnh đi. Nói cách khác, bầu không khí đang thu hẹp lại.

Bầu khí quyển giữa của Trái đất

Mặc dù những gì xảy ra trong bầu khí quyển không ảnh hưởng trực tiếp đến con người, nhưng khu vực này rất quan trọng. The upper limit of the atmosphere, 50 miles above Earth, is where the coldest atmospheric temperatures are located. Đây cũng là nơi bầu khí quyển trung tính bắt đầu chuyển sang các khí mang điện yếu trong tầng điện ly.

Even higher, 150 miles above the surface, atmospheric gases cause satellite drag, the friction that pulls satellites out of orbit. Các đám mây vệ tinh cũng giúp loại bỏ rác không gian. Khi tầng trung lưu co lại, phần còn lại của bầu khí quyển phía trên chìm cùng với nó. Khi bầu khí quyển co lại, lực cản của vệ tinh có thể giảm đi – nó gây cản trở ít hơn cho các vệ tinh đang hoạt động, nhưng cũng để lại nhiều rác không gian hơn trong quỹ đạo thấp của Trái đất.

Biểu đồ này cho thấy các lớp của khí quyển Trái đất. Nhấn vào đây để khám phá kích thước đầy đủ. tín dụng: NASA

Bầu khí quyển còn được gọi là những đám mây băng màu xanh sáng. Chúng được gọi là mây đêm hay mây giữa cực, được đặt tên như vậy vì chúng sống trong khí quyển và có xu hướng tụ tập quanh các cực bắc và nam. Mây hình thành vào mùa hè, khi bầu khí quyển được tạo thành từ ba thành phần tạo ra mây: hơi nước, nhiệt độ cực lạnh và bụi từ các thiên thạch cháy trong phần này của khí quyển. Những đám mây đêm được chiếu sáng đã được nhìn thấy trên miền bắc Canada vào ngày 20 tháng 5, mở đầu cho mùa mây đêm ở bắc bán cầu.

Vì các đám mây nhạy cảm với nhiệt độ và hơi nước, chúng là một tín hiệu hữu ích về sự thay đổi trong khí quyển. Bailey nói: “Chúng tôi hiểu vật lý của những đám mây này. Trong những thập kỷ gần đây, các đám mây đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học vì chúng hoạt động kỳ lạ. Chúng sáng dần lên, lệch ra khỏi các cực, xuất hiện sớm hơn bình thường. Và, Có vẻ như có nhiều người trong số họ so với những năm trước.

Russell nói: “Cách duy nhất mà bạn mong đợi là nó sẽ thay đổi theo cách này là nhiệt độ trở nên lạnh hơn và hơi nước tăng lên. Nhiệt độ lạnh và lượng hơi nước dồi dào có liên quan đến sự thay đổi khí hậu ở tầng trên của bầu khí quyển.

Russell hiện là nhà điều tra chính của AIM, viết tắt của Aeronomy of Ice in the Mesosphere, vệ tinh mới nhất trong số ba vệ tinh đã đóng góp dữ liệu cho nghiên cứu. Russell đã từng là chỉ huy trong cả ba nhiệm vụ của NASA: AIM, thiết bị SABER trên TIMED (Khí quyển, Tầng điện ly, Khí quyển và Động lực học của Trung tâm), và thiết bị HALOE trên UARS (Vệ tinh Nghiên cứu Khí quyển Thượng) đã nghỉ hưu.

TIMED và AIM lần lượt được ra mắt vào năm 2001 và 2007, và cả hai vẫn đang chạy. Nhiệm vụ của UARS kéo dài từ năm 1991 đến năm 2005. “Tôi luôn nghĩ rằng chúng tôi có thể kết hợp chúng lại với nhau trong một nghiên cứu thay đổi dài hạn”, Russell nói. Ông cho biết nghiên cứu chứng minh tầm quan trọng của các quan sát không gian dài hạn trên toàn thế giới.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ có nhiều màn hình tuyệt đẹp hơn về những đám mây về đêm di chuyển khỏi các cực. Bởi vì phân tích này tập trung vào các cực vào mùa hè, Bailey cho biết ông có kế hoạch kiểm tra những tác động này trong thời gian dài hơn và – sau những đám mây – nghiên cứu một dải rộng hơn của khí quyển.