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ECOMA

Existence and Charge State of Meteoric Dust Grains in the Middle Atmosphere / Vorkommen und Ladungszustand meteorischer Staubkörner in der mittleren Atmosphäre

FWF Project 18560

 

Zusammenfassung

Zwischen 10 und 100 Tonnen verschiedener Meteore treffen täglich auf die Atmosphäre der Erde, die aber zu klein sind um bis auf die Erdoberfläche zu gelangen. Eine Annahme ist, daß dieses Material verdampft und die Nukleationskerne für Eispartikel bildet und andere Phänomene, die insbesondere in der Mesosphäre (70 bis 90 km) vorkommen. Unter besonderen Bedingungen können sie letztlich Nachtleuchtende Wolken (NLC = noctilucent clouds) bilden, die vom Boden beobachtet werden können. Die Auftretenswahrscheinlichkeit und die Höhe in der diese Wolken vorkommen, hat sich – innerhalb der Genauigkeit der Triangulation – in den letzten 100 Jahren nicht geändert. Jedoch hat die Helligkeit dieser Wolken in den letzten 20 Jahre, d.h. seit diese auch von Satelliten aus beobachtet werden,  merklich zugenommen. Die Suche nach einem möglichen Zusammenhang dieser Variabilität mit von Menschen verursachten Änderungen der Atmosphäre war eines der Ziele dieses Forschungsprojektes.

Um die Entstehung von NLC und der meist gleichzeitig auftretenden Radarechos der Mesosphäre zu verstehen, braucht man die zunächst nur angenommenen Nukleationskerne untersuchen. Eigens dafür konstruierte Geräte wurden dazu an Bord von insgesamt neun Höhenforschungsraketen geflogen, die alle von der norwegischen Raketenbase Andøya Space Center gestartet wurden. Es wurden sieben ECOMA (deutsch, norwegisch, österreichische, schwedisch) Nutzlasten geflogen, die mit einem neuartigen Partikeldetektor ausgestattet waren, der es (erstmalig) erlaubt auch ungeladene Staubteilchen zu messen. In einer der insgesamt vier Kampagnen wurde außerdem von der NASA zwei Nutzlasten geflogen, die ein eigens für Staubmessungen ausgelegtes Massenspektrometer trugen. Die österreichischen Geräte zur Messung von Plasmaparametern (Elektronen und Ionen) waren für das Forschungsziel deshalb wichtig, weil deren Dichte zu einem erheblichen Teil durch den Staub bzw. die Eisteilchen nachtleuchtender Wolken beeinflußt wird. Bei einem ECOMA-Flug konnte die Nutzlast nicht geborgen werden, bei einem anderen gab es Probleme durch die unerwartete elektrische Aufladung; für die österreichischen Meßgeräte stellte das kein Problem dar.  Das Projekt begann mit dem ersten Flug im September 2006 und endete im Dezember 2010.

Eine der ECOMA Nutzlasten beim Zusammenbau
Eine der ECOMA Nutzlasten beim Zusammenbau; © Martin Friedrich, TU Graz/IKS
Die komplette zweistufige Rakete mit der Nutzlast an der Startrampe
Die komplette zweistufige Rakete mit der Nutzlast an der Startrampe; © Martin Friedrich, TU Graz/IKS
Zurückgeschobenes Dach vor Aufrichtung der Rakete zum Abschuß
Zurückgeschobenes Dach vor Aufrichtung der Rakete zum Abschuß; © Martin Friedrich, TU Graz/IKS

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  • Brattli, A., Ø. Lie-Svendsen, K. Svenes, U.-P. Hoppe, Irina Strelnikova, M. Rapp, R. Latteck, and M. Friedrich:
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    Ann. geophys.
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  • Friedrich, M. and M. Rapp:
    News from the Lower Ionosphere: A Review of Recent Developments,
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  • Friedrich, M., M. Rapp, J.M.C. Plane, and K. Torkar:
    Bite-Outs and Other Depletions of Mesospheric Electrons,
    J. atmos. solar terr. Phys. 73, pp. 2201-2211, 2011.

 

  • Knappmiller, S., S. Robertson, Z. Sternovsky, and M. Friedrich:
    A Rocket-Borne Mass Analyzer for Charged Aerosol Particles in the Mesosphere,
    Rev. sci. instr. 79 (10), pp. 1-10, 2008.

 

  • Lübken, F.-J., B. Strelnikov, M. Rapp, W. Singer, R. Latteck, A. Brattli, U.-P. Hoppe, and M. Friedrich:
    The Thermal and Dynamical State of the Atmosphere During Polar Mesosphere Winter Echos,
    Atmos. chem. phys. 6, pp. 13-24, 2006.

 

  • Rapp, M., Irina Strelnikova, B. Strelnikov, P. Hoffmann, U.-P. Hoppe, M. Friedrich, S. Robertson, S. Knappmiller, Mareille Wolf, and D. Marsh:
    Rocket-Borne in-situ Measurements of Meteor Smoke: Charging Properties and Implications for Seasonal Variation,
    J. geophys. Res. 115 (D), pp. 1-20, 2010.

 

  • Rapp, M., Irina Strelnikova, B. Strelnikov, R. Latteck, G. Baumgarten, Q. Li, Linda Megner, J. Gumbel, M. Friedrich, U.-P. Hoppe, and S. Robertson:
    First In Situ Measurement of the Vertical Distribution of Ice Volume in a Mesospheric Ice Cloud During the ECOMA/MASS Rocket-Campaign,
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  • Robertson, S., M. Horány, S. Knappmiller, Z. Sternovsky, R. Holzworth, M. Shimogawa, M. Friedrich, K. Torkar, J. Gumbel, Linda Megner, G. Baumgarten, R. Latteck, M. Rapp, U.-P. Hoppe, and M. Hervig:
    Mass Analysis of Charged Aerosol Particles in NLC and PMSE During the ECOMA/MASS Campaign,
    Ann. geophys. 27, pp. 1213-1232, 2009.

 

  • Singer, W., R. Latteck, M. Friedrich, M. Wakabayashi, and M. Rapp:
    Seasonal and Solar Activity Variability of D-Region Electron Density at 69°N,
    J. atmos. solar terr. Phys. 73 (9), pp. 925-935, 2011.

 

  • Strelnikova, Irina, M. Rapp, B. Strelnikov, G. Baumgarten, A. Brattli, K. Svenes, U.-P. Hoppe, M. Friedrich, J. Gumbel, and B. Williams:
    Measurements of Meteor Smoke Particles During the ECOMA-2006 Campaign: 2. Results,
    J. atmos. solar terr. Phys. 71 (3-4), pp. 486-496, 2009.

 

  • Strelnikov, B., M. Rapp, M. Zecha, T. Blix, M. Friedrich, and T. Yeoman:
    PMSE and E-Region Plasma Instability: In Situ Observations,
    J. atmos. solar terr. Phys 71 (1), pp. 143-157, 2009.

 

  • Friedrich, M., K. Torkar, M. Rapp, Irina Strelnikova, R. Latteck, and T. Blix:
    In Situ Observations of a Dying Sporadic E-Layer,
    ESA SP-671, pp. 123-128, 2009.

 

  • Strelnikova, Irina, M. Rapp, B. Strelnikov, G. Baumgarten, R. Latteck, U.-P. Hoppe, M. Friedrich, and J. Gumbel:
    In Situ Studies of Meteor Smoke Particles in the Middle Atmosphere During the ECOMA Rocket Campaigns,
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  • Strelnikov, B, M. Rapp, Irina Strelnikova, R. Latteck, N. Engler, T. Blix, U.-P. Hoppe, and M. Friedrich.:
    Small-Scale Structures in Neutral and Plasma Species in the Middle Atmosphere as Observed During the ECOMA Rocket Campaigns,
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  • Rapp, M., Irina Strelnikova, B. Strelnikov, M. Friedrich, J. Gumbel, U.-P. Hoppe, T. Blix, O. Havnes, O., P. Bracikowski, Kristina Lynch, and S. Knappmiller:
    Microphysical Properties of Mesospheric Aerosols: An Overview of in situ-Results from the ECOMA Project,
    in: Aeronomy of the Earth's Atmosphere and Ionosphere, Springer, M.A. Abdu, Dora Pancheva, and A. Bhattacharyya, (eds.), pp. 67-74, IAGA Special Sopron Book Series, 2011.

 

  • Friedrich, M. and M. Rapp:
    Bite-Outs and Other "Black Holes" for Mesospheric Electrons,
    9th LPMR-Meeting, Stockholm, July, 2009.

 

  • Rapp, M., Irina Strelnikova, B. Strelnikov, G. Baumgarten, R. Latteck, F.-J. Lübken, U.-P. Hoppe, A. Brattli, K. Svenes, M. Friedrich, J. Gumbel, J. Stegman, T. Waldemarson, F. Giovane, and B.P. Williams:
    The ECOMA-Project: Project Overview and Initial Results,
    Paper presented at 18th ESA Symposium on European Rocket and Balloon Programmes and Related Research, Visby, June 2007.

 

  • Brattli, A., Ø. Lie-Svendsen, K. Svenes, U.-P. Hoppe, Irina Strelnikova, M. Rapp, R. Latteck, and M. Friedrich:
    The ECOMA 2007 Rocket Campaign: Observations and Numerical Modelling of Aerosol Particle Density Enhancement and Plasma Depletion in a PMSE Layer,
    Paper presented at European Geoscience Union, Vienna, April 2008.

 

  • Rapp, M., Irina Strelnikova, B. Strelnikov, G. Baumgarten, R. Latteck, A. Brattli, K. Svenes, U.-P. Hoppe, M. Friedrich, and J. Gumbel:
    An Overview of Results from the ECOMA-Project: In Situ Studies of Meteor Smoke Particles in the Middle Atmosphere,
    Paper C21-0039-08 presented at 37th COSPAR, Montréal, July 2008.

 

  • Singer, W., R. Latteck, M. Friedrich, and M. Rapp:
    Diurnal and Seasonal Variability of D-Region Electron Densities at 69°N,
    Paper C41-0030-08 presented at 37th COSPAR, Montréal, July 2008.

 

  • Robertson, S., S. Knappmiller, M. Horány, Z. Sternovsky, G. Baumgarten, R. Latteck, M. Rapp, R. Holzworth, J. Gumbel, Linda Megner, and M. Friedrich:
    Mass-Analysis of Charged Aerosol Particles in a PMSE/NLC Layer by a Rocket-Borne Spectrometer,
    Paper C51-0005-08 presented at 37th COSPAR, Montréal, July 2008.

 

  • Strelnikova, Irina, M. Rapp, R. Latteck, G. Baumgarten, A. Brattli, J. Gumbel, and S. Robertson:
    Measurements of Mesospheric Aerosol Particles During the ECOMA/MASS Campaign 2007,
    Paper C51-0008-08 presented at 37th COSPAR, Montréal, July 2008.

 

  • Rapp, M. B. Strelnikov, U.-P. Hoppe, T.A. Blix, M. Friedrich, J. Hedin, M. Khaplanov, J. Gumbel, J. Moen, T.A. Bekkeng, R. Latteck, G. Stober, and G. Baumgarten:
    In-Situ Measurements of Meteoric Smoke Properties During the Geminids 2010 in the Frame of the ECOMA Sounding Rocket Program,
    Paper presented at 20th ESA Symposium on European Rocket and Balloon Programmes and Related Research, Hyères, May 2011.

 

  • Strelnikov, B., T. Blix, U,-P. Hoppe, M. Friedrich, and M. Rapp:
    In-Situ
    Measurements of Small-Scale Structures in Neutrals and Plasma Species During ECOMA 2010,
    Paper presented at 20th ESA Symposium on European Rocket and Balloon Programmes and Related Research, Hyères, May 2011.

 

  • M. Friedrich, M. Rapp, T. Blix, U.-P. Hoppe, and K. Torkar: Electron Loss and Meteoric Dust in the Mesosphere,
    Paper presented at 20th ESA Symposium on European Rocket and Balloon Programmes and Related Research, Hyères, May 2011.

 

  • Dickson, S., M. Friedrich, J. Gumbel, M. Horányi, P. Klein, S. Knappmiller, D. Konecny, S. Robertson, and Z. Sternovsky:
    Determining the Charge and Mass Distribution of Charged Dust Particles in the Mesosphere with Rocket-Borne Probes,
    Paper presented at 6th, International Conference on the Physics of Dusty Plasmas, Garmisch-Partenkirchen, May 2011.

 

  • Friedrich, M. and J.M.C. Plane:
    Electron Scavenging in the Night-Time Mesosphere - A Collection of Empirical Data,
    AGU Fall Meeting, San Francisco, December 15, 2008.

 

  • Holzworth, R., M. Shimogawa, S. Robertson, M. Horányi, S. Knappmiller, R. Kohnert, Z. Sternovsky, M. Friedrich, J. Gumbel, M. Khaplanov, Linda Megner, G. Baumgarten, R. Latteck, M. Rapp, U.-P. Hoppe:
    Electric Field Probe Measurements in NLC and PMSE During the MASS Rocket Campaign,
    AGU Fall Meeting, San Francisco, December 12, 2007.

 

  • Rapp, M., Irina Strelnikova, B. Strelnikov, R. Latteck, G. Baumgarten, U.-P. Hoppe, A. Brattli, M. Friedrich, J. Gumbel, Linda Megner, K.H. Fricke, S. Robertson, Z. Sternovsky, and R. Holzworth:
    Measurements of Meteor Smoke and Ice Particles During the ECOMA-2006 and ECOMA/MASS-2007 Campaigns,
    AGU Fall Meeting, San Francisco, December 10, 2007.

 

  • Robertson, S., M. Horányi, S. Knappmiller, R. Kohnert, Z. Sternovsky, R. Holzworth, M. Shimogawa, M. Friedrich, J. Gumbel, M. Khaplanov, Linda Megner, G. Baumgarten, R. Latteck, and U.-P. Hoppe:
    Mass-Analysis of Charged Aerosol Particles in a PMSE/NLC Layer by a Rocket-Borne Spectrometer,
    AGU Fall Meeting, San Francisco, December 12, 2007.

 

  • Lynch, Kristina, P. Braciskowski, Lynette Gelinas, J. Plane, M. Friedrich, M. Rapp, and O. Havnes:
    Recent Sounding Rocket Flights of a Mesospheric Charged Dust Detector,
    Poster SA41A-1548, AGU Fall Meeting, San Francisco, December 2008.

 

  • Rapp, M., Irina Strelnikova, B. Strelnikov, G. Baumgarten, J. Gumbel. Linda Megner, M. Friedrich, U. Hoppe, S. Robertson, S. Knappmiller, Z. Sternovsky, and Mareille Wolff:
    In-Situ Evidence for a Strong Seasonal Variability of Meteor Smoke at High Northern Latitudes and Implications for Mesospheric Ice Nucleation,
    Poster SA33C-06, AGU Fall Meeting, San Francisco, December 2008.

 


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