Helkivad ööpilved on atmosfääris umbes 76-85 kilomeetri kõrgusel jääkristallidest moodustunud pilved. Need on kõigist teistest pilvedest kõrgemal asuvad pilved, mis on nähtavad ainult videviku ajal, veidi peale päikeseloojangut.

Tavaliselt ilmuvad helkivad ööpilved nähtavale umbes veerand tundi pärast päikese silmapiiri taha kadumist. Taeva tumedast taustast eristuvad nad õrna virvenduse või vöötidena. Kõige paremini on neid näha järgmise tunni-pooleteise ajal, kui päike paikneb kuus kuni kümme kraadi allpool horisonti. Sellisel juhul paistab päikesevalgus neile kõrgetele pilvedele ning valguskiired peegelduvad sealt tagasi vaatleja silma, mis teebki need pilved maapinnalt nähtavaks. Teised pilved, mis asetsevad palju madalamal, jäävad päikesekiirte levimisteelt juba kõrvale ning neilt valgus niimoodi tagasi peegelduda ei saa. Helkivad ööpilved tunneb niisiis ära just selle järgi, et teised pilved nende ümber on tumedad, helkivad ööpilved aga on valged või sinakad.

Helkivad ööpilved on näha, samas kui tavalised pilved on varjus, sest helkivad ööpilved on oluliselt kõrgemal.

Põhjapoolkeral saab helkivaid ööpilvi vaadelda suvel, mai keskpaigast augusti keskpaigani. Lõunapoolkeral on neid võimalik näha novembri keskpaigast kuni veebruari keskpaigani. Pole teada põhjust, miks peaksid helkivad ööpilved esinema ühel poolkeral sagedamini kui teisel, ent siiski on neid põhjapoolkeral nähtud tuhandeid kordi, lõunapoolkeral aga alla 100 korra. Üks võimalik seletus ütleb, et lõunapoolkeral on palju vähem inimasustust, mistõttu seal tehakse vähem pilvevaatlusi, ning lisaks on palju vähem maismaad, millelt vaatlusi teostada.

Et helkivate ööpilvede teke oleks võimalik, on tarvis kolme nähtuse koosesinemist. Kõigepealt, kuna nende pilvede näol on tegu jääkristallidega, siis peab mesosfäär sisaldama veeauru, mis saaks jäätuda. (Mesosfäär on kõrgusele 40-90 km jääv atmosfääri osa. Helkivad ööpilved esinevad just mesosfääris.) Teiseks, isegi kui mesosfääris veeauru on, siis väga vähe ja väga hõredalt. Veeauru sisaldus on siin umbes sajamiljondik Sahara kõrbe õhu vastavast näitajast. Et hõredusest hoolimata saaksid tekkida jääkristallid, on vajalik väga madal temperatuur. See tingimus on rahuldatud, kuivõrd mesosfäär on atmosfääri kõige külmem osa, kus temperatuur võib langeda alla 1oo miinuskraadi.

Mesosfäär on atmosfääri kõige külmem osa.

Ja kolmandaks, on tarvis, et leiduks nukleatsioonituumasid ehk väikesi ainetükikesi, millel veeaur saaks kondenseeruda ning hiljem jäätuda. Sellisteks tuumadeks arvatakse olevat meteooritolm või väga kõrgele paiskunud vulkaaniline tuhk. Just eeltoodud kolm põhitingimust panevadki paika, kus ja millal helkivaid ööpilvi võib näha.

Ööpilvede uurimise ajaloost

Esimene ajaloost teadaolev märge helkivate ööpilvede kohta pärineb aastast 1885. Seega võib öelda, et tegemist on üsna hiljuti avastatud nähtusega, sest paljusid atmosfäärinähtusi on ajalooallikates kirjeldatud palju varem. 1883. aastal purskas Krakatau vulkaan ning üks hüpotees on, et see viis mesosfääri nii veeauru kui ka tuhka, millel vesi võis kondenseeruda ja jäätuda, ning just seetõttu tekkisidki taevasse helkivad ööpilved. Kuid see hüpotees pole kindlat kinnitust leidnud.

1888. aasta litograafia Krakatau purskest.

1930ndatel esitati oletus, et helkivad ööpilved koosnevad jääkristallidest. Seda ei saanud pikka aega katseliselt kontrollida, sest mesosfääris on õhk liiga hõre, et lennukid saaksid seal lennata. Alles satelliitide leiutamisega tekkisid paremad võimalused helkivate ööpilvede lähemaks vaatlemiseks. Kindlamad tulemused nende koostise kohta saadi 2001. aastal, kui Atmosfääri Ülakihtide Uurimise Satelliidi mõõtmisinstrumendiga HALOE tehti kindlaks, et helkivad ööpilved koosnevad tõepoolest jääkristallidest.

Mõned aastad hiljem, 2006. aastal, tuvastati helkivad ööpilved ka umbes 100 kilomeetri kõrgusel Marsi pinnast. Tegemist oli kristalliseerunud süsihappegaasi pilvedega ning need on samuti nähtavad vaid siis, kui päike paikneb allpool Marsi horisonti.

Eestis on helkivate ööpilvede uurimisel olnud pikk traditsioon, kusjuures vaadeldud on mitte üksnes põhja-, vaid ka lõunapoolkera pilvi. Tõravere observatooriumi teadusdirektor Charles Villmann alustas ööpilvede uurimisega Eestis juba 50-ndate keskel ning tema tegevuse tulemusena sai Tõraverest helkivate ööpilvede uurimiskeskus. Alates 1960-ndate esimesest poolest teostasid Eesti uurijad ligi kahe aastakümne vältel vaatlusi ka Antarktises asuvas Mirnõi polaarjaamas.

Kasvuhoonegaasid, päikesetsüklid ja Rossby lained

Helkivate ööpilvede esinemissagedus on kasvanud järjepidevalt nende avastamise ajast. Mõned NASA teadlased arvavad, et põhjuseks on metaani hulk atmosfääris, mis on viimase 100 aasta jooksul kahekordistunud. Metaani koguse suurenemine atmosfääri ülakihtides viib mitmesuguste keemiliste reaktsioonide tulemusena ka veeauru koguse suurenemiseni. Rohkem veeauru tähendab rohkem pilvi. Teise teooria järgi on asi hoopis kasvuhoonegaasides. Nende hulga suurenemine atmosfääris viib mesosfääri temperatuuri alanemiseni, ning helkivate ööpilvede arv kasvab just sel põhjusel.

Usutakse, et helkivatel ööpilvedel on ka seos päikesetsüklitega. Päikesetsükkel on 11 aasta pikkune periood, mille jooksul päikese intensiivsus kasvab ning hakkab seejärel jälle langema. Kui päikese intensiivsus on suurem, kasvab ultraviolettkiirguse osakaal atmosfääris. See lõhub vee molekule atmosfääri ülakihtides, mistõttu helkivatel ööpilvedel on vähem materjali, millest formeeruda. Seepärast helkivate ööpilvede hulk väheneb päikese intensiivsuse kasvades.

Mesosfääris, mis on helkivate ööpilvede sünnipaigaks, mängivad energia liikumisel suurt rolli atmosfäärilained. Need tekivad õhuvoolude põrkumisel ettejäävatele takistustele ja levivad põhiliselt vertikaalsuunas, alt üles, või pisut viltuse nurga all. Kui õhumassid kohtavad oma teel suuri mäemassiive, kujunevad sageli suhteliselt korrapärased ja püsivad, pika lainepikkusega Rossby lained. Just need kujundavad suurel määral ilma. Põhjapoolkera talveperioodil kandub atmosfäärilainetega küllaltki suur hulk energiat atmosfääri alumisest osast ülemisse. Suvel on laineaktiivsus madal ja nendega liigub ülespoole vähem energiat, mistõttu mesosfäär on külmem ja helkivad ööpilved tekivad kergemini.

Allikad
vikipeedia
NASA
R. Veskimäe 2008. “Mees nagu mitme tundmatuga võrrand”. (Intervjuu akadeemik Tarmo Soomerega.) — Horisont nr 2.
K. Eerme 2010. “Muutumatu kliima tähendaks ajaloo lõppu.” — Akadeemia, nr 10.
K. Eerme 2013. “Tartu Observatooriumi varasematest kosmosetegemistest.” — Horisont, nr. 3.
W. Schröder 2007. Noctilucent clouds and atmosphere. (A Historical Review.). — Journal for the History of Geophysics and Cosmical Physics, VIII (1).
J. Houghton 2002. The physics of atmosphere. Cambridge University Press.

Fotod
FOTO1: helkivad ööpilved. Autor: Martin Koitmäe (Wikimedia Commons). Kaitstud GNU Free Documentation litsentsi versiooni 1.2 või hilisemaga ja Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International, 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic litsentsidega
FOTO2: Krakatau purse. Autor: Parker & Coward (Wikimedia Commons). Avalik omand.