Segelflygplan når gränsen mellan atmosfären och rymden

Segelflygplanet Perlan II slog världsrekord när det svävade 23 kilometer över jordens yta. Nu vill forskarna använda det motorlösa flygplanet för att avslöja stratosfärens påverkan på väderfenomen och klimatförändringar.

Den 2 september 2018, 13 kilometer över Anderna, sitter piloterna Jim Payne och Tim Gardner i segelflygplanet Perlan II.

Ett propellerplan har lyft det 500 kilo lätta segelflygplanet från marken, men släpper nu Perlan II som klättrar vidare upp med vinden.

Perlan II har ett vingspann på 25 meter för att ge segelflygplanet maximal lyftkraft när det surfar på varma luftströmmar från bergen.

De varma strömmarna knuffar planet över den så kallade Armstrong-gränsen på 19,2 kilometers höjd. Atmosfären är så tunn där att blodet i kroppen skulle koka om det inte hade varit för planets tryckkabin.

Efter fem timmar svävar Perlan II 23 kilometer ovanför jordens yta, nästan fyra kilometer högre än något annat plan utan motor.

Bara spionflygplan och luftballonger har nått så högt. Perlan II svävar på gränsen till rymden och mäter hastighet, temperatur och kemisk sammansättning av vindar utan någon bensindriven motor som förorenar.

Det ska ge forskarna nya kunskaper om olika fenomen i stratosfären och lära oss mer om väder och klimatförändringar – och kanske hjälpa människan att erövra Mars luftrum.

Bergvågor banade väg för rekord

I många år trodde flygplansutvecklare att segelflygplan omöjligt kunde nå högre än 15 kilometer upp i atmosfären eftersom varm luft normalt slutar att stiga efter denna gräns.

Nasas testpilot Einar Enevoldson höll inte med.

På 1990-talet började han att undersöka de så kallade bergvågorna som uppstår när värme nära marken värmer upp luft på bergssidor.

Vågorna bildar en mycket kraftig uppvind när polarjetströmmen och polarvirveln går ihop.

Enevoldson upptäckte att vågorna kan nå hela 39 kilometer upp i atmosfären – alltså mer än dubbelt så högt som man hittills trott.

2006 skrev Enevoldson och flygplansentusiasten Steve Fossett flyghistoria. De slog höjdrekordet genom att glida genom luften på svindlande 15 544 meter över Anderna i Argentina ombord på segelflygplanet Perlan I.

Bergvåg skjuter ut segelflygplan i stratosfären

Några dagar om året slår två mäktiga luftströmmar ihop sina krafter i Anderna och bildar en 30 kilometer hög våg av vind som kan lyfta Perlan II långt upp i stratosfären.

Luftströmmar möter berg

På sommaren blåser både polarjetströmmen och polarvirveln över Anderna i Argentina. När de två luftströmmarna passerar ett berg på tio respektive 30 kilometers höjd tvingas luften uppför bergstoppen där den kyls ned med en grad per 100 meter, och bildar moln och nederbörd.

Torr luft sjunker mot jorden

När luften passerar bergstoppen har den torkat och därför blivit tyngre. Gravitationen drar den nedåt. Värmen nära marken gör luften varmare så att den börjar stiga uppåt som en så kallad bergvåg.

Varm luft ger kraftiga vågor upp i stratosfären

Perlan II lyfts upp tolv kilometer med ett bogserplan och klättrar sedan vidare med hjälp av bergvågen. Vågen växer sig kraftigare på vägen upp eftersom både tryck och omkringliggande vindstyrka faller gradvis.

Segelflyg ska mäta väder och ozon

Att flyga i stratosfären är våghalsigt eftersom vindhastigheten kan komma upp i 400 kilometer per timme och de kraftiga bergvågorna orsaka hastiga fall och farlig spinn.

Turen med Perlan I slutade också med att nödfallskärmen utlöstes.

Flygplan kan dock göra mer än satelliter och väderballonger, vilka annars har varit forskarnas huvudsakliga verktyg för mätningar i stratosfären sedan 1970-talet.

Väderballonger är obemannade och svåra att styra medan satelliter inte kan kartlägga stratosfären på lika nära håll som flygplan.

Bemannade jetflygplan har flugit ännu högre än Perlan II, men deras höga hastighet och stora utsläpp av avgaser omöjliggör exakta mätningar i stratosfären.

Med hjälp av Perlan II kan dock forskare göra en kontrollerad utforskning med sensorer på segelflygplanet som kan mäta luftfuktigheten, trycket och temperaturen i stratosfären.

I många år ansåg meteorologer att väder endast skapades i troposfären, luftlagret från markytan till stratosfären på 15 kilometers höjd.

I dag vet vi att det som händer i stratosfären fortplantar sig nedåt.

I stratosfären blåser polarvirveln, en virvelström av västanvindar i cirkel runt polarområdet över Kanada, Sibirien och Skandinavien.

Virvelströmmen ger kraft till jetströmmarna som blåser längre ned i atmosfären.

Polarvirveln kan sedan i sin tur påverkas av Rossbyvågor från troposfären. Vågorna skapas av jordens rotation och skillnaden mellan land- och havsområden.

Vågorna stiger uppåt och kan bryta ned polarvirveln, vilket försvagar jetströmmarna i troposfären och gör det möjligt för varm luft att blåsa långt norrut medan kall luft blåser långt söderut.

Perlan II:s utforskning av vind, temperatur och kemi i stratosfären kan ge forskarna större kunskaper om dessa fenomen som bidrar till att skapa vädret på jorden.

Den kunskapen kan bli avgörande för långtidsväderprognoser. Det gäller särskilt i norra och västra Europa, där samspelet mellan vindar i stratosfären och troposfären ser ut att vara särskilt starkt.

Det revolutionerande segelflygplanet ska inte bara lära oss mer om vädret utan också mäta ozon i stratosfären.

Mätningarna ska undersöka de hål i ozonlagret som skapats av flera årtiondens utsläpp av de växthusgaser som vid kontakt delar ozonmolekyler.

Några av de största bovarna i dramat användes i bland annat kylskåp fram till 1987 då länder över hela världen enades om att fasa ut gaserna. Perlan II ska dokumentera i hur hög grad ozonlagret håller på att läka.

  • Segelflygplan ska utforska ozonlagret

    I stratosfären finns ozonlagret som skyddar jorden mot solens UV-strålar, men utsläpp av farliga kemikalier de senaste decennierna har skapat hål i lagret och bidragit till den globala uppvärmningen. 2016 visade ny forskning att hålen i ozonlagret håller på att läka på flera platser, men för att vara säkra vill forskare mäta den exakta andelen ozon i luften. Den uppgiften ska Perlan II försöka lösa genom mätningar på 20 kilometers höjd, där 90 procent av luften är ozon.

  • Stratosfär (15–50 kilometer)

    90 procent av ozonlagret finns i stratosfären på 20 kilometers höjd.

  • Troposfär (0–15 kilometer)

    Den nedersta delen av atmosfären. Här flyger bland annat passagerarflygplan.

  • Jordytan

    De UV-strålar som tränger igenom det skyddande ozonlagret når ned till jorden.

Mars är nästa stopp

Perlan II svävar där luften är 97 procent tunnare än normalt och temperaturen kan nå minus 70 grader. Ungefär samma atmosfäriska förhållande finns på Mars.

Planetens atmosfär är syrefattig, vilket gör det omöjligt att flyga med förbränningsmotorer, men Perlan II har visat att vi kan sväva över stora avstånd under liknande förhållanden.

Transporter över långa avstånd blir avgörande om vi ska kunna utforska Mars och slå oss ned på flera olika platser på planeten.

Här på jorden fortsätter Perlan II sin svävande utforskning av de högsta luftlagren.

Piloterna Jim Payne och Tim Gardner planerar att redan nästa år försöka slå sitt eget höjdrekord och nå upp till otroliga 27 kilometers höjd med hjälp av de vilda bergvågorna.

Läs också:

Flygplan

100 år sedan: De korsade Atlanten i 190 km/h

5 minuter
Flygplan

RÖSTA: Vågar du flyga med en robot vid spakarna?

3 minuter
Flygplan

Nasa testar elastiska flygplansvingar

1 minut

Logga in

Fel: Ogiltig e-postadress
Lösenord behövs
VisaDölj

Redan prenumerant? Prenumererar du redan på tidningen? Klicka här

Ny användare? Få åtkomst nu!