Andre september 2018, 13 kilometer over Andesfjellene, sitter Jim Payne og Tim Gardner i glideflyet Perlan II.
Et propellfly har løftet glideflyet – som bare veier 500 kilo – opp fra bakken, men slipper nå Perlan II, som klatrer videre opp mot vinden.
Perlan II har et vingespenn på 25 meter og er laget til maksimal oppdrift ved å surfe på varme luftstrømmer fra fjellene.
De varme strømmene skyver flyet forbi den såkalte Armstrong-linjen ved 19,2 kilometer. Atmosfæren er nå så tynn at blodet i kroppen ville koke hvis ikke det var for det kunstige trykket i flyet.
Fem timer etter takeoff svever Perlan II 23 kilometer over bakken, nesten 4 kilometer mer enn den forrige rekorden for fly uten motor.
Bare spionfly og luftballonger har nådd slike høyder tidligere. Perlan II kan sveve helt ut mot verdensrommet og måle hastighet, temperatur og kjemisk oppbygning av vindene uten å forurense med en vanlig forbrenningsmotor.
Målingene vil gi forskerne ny kunnskap om fenomener i stratosfæren og dermed lære oss mer om vær og klimaendringer – og kanskje hjelpe menneskeheten med å erobre luftrommet på Mars.
Fjellbølger banet vei for rekord
I mange år trodde flyingeniører at glidefly umulig kunne komme seg mer enn 15 kilometer opp i atmosfæren, siden varm luft vanligvis slutter å stige til værs ved denne grensen.
Nasa-testpiloten Einar Enevoldson ville det annerledes.
På 1990-tallet begynte han å undersøke de såkalte fjellbølgene, som oppstår når varme ved bakken påvirker lufta langs fjellsider.
Bølgene danner en spesielt kraftig oppdrift når den polare jetstrømmen og den polare virvelstrømmen smelter sammen.
Enevoldson fant etter hvert ut at bølgene kan nå hele 39 kilometer opp i atmosfæren – altså mer enn dobbelt så høyt som man hittil hadde trodd.
I 2006 skapte Enevoldson og flyentusiasten Steve Fossett flyhistorie. De to pionerene slo høyderekorden ved å gli gjennom lufta svimlende 15 544 meter over Andesfjellene i Argentina, om bord på glideflyet Perlan I.
Fjellbølge skyter glidefly ut i stratosfæren
Noen dager i året slår to mektige luftstrømmer sammen kreftene i Andesfjellene og danner en 30 kilometer høy bølge av vind som kan løfte glideflyet Perlan II langt opp i stratosfæren.
Luftstrømmer møter fjell
Om sommeren blåser den polare jetstrømmen samtidig med den polare virvelstrømmen over Andesfjellene i Argentina. Når de to luftstrømmene passerer et fjell i henholdsvis 10 og 30 kilometers høyde, tvinges lufta oppover av fjelltoppen, der den avkjøles med én grad per 100 meter og danner skyer og nedbør.
Tørr luft synker mot jorda
Når lufta passerer fjelltoppen, har den tørket ut og derfor blitt tyngre. Tyngdekraften trekker den nedover. Varmen ved bakken varmer nå opp lufta, slik at den begynner å stige til værs som en såkalt fjellbølge.
Varm luft sender kraftige bølger opp i stratosfæren
Perlan II blir løftet tolv kilometer opp av et slepefly, før det klatrer videre ved hjelp av fjellbølgen. Bølgen vokser seg kraftigere på vei opp, fordi både trykk og vindstyrke faller gradvis.
Glidefly skal måle vær og ozon
Å fly i stratosfæren er litt av et vågestykke, med vinder på 400 km/t og de kraftige fjellbølgene som kan kaste fly ut i raske stup og farlig spinn.
Turen med Perlan I endte også med at pilotene utløste en nødfallskjerm.
Men glidefly gir helt andre muligheter enn værballonger og satellitter, som siden 1970-tallet har vært forskernes måleredskaper i stratosfæren.
Værballonger er ubemannet, og det er vanskelig å styre dem, mens satellittene ikke kan kartlegge stratosfæren på like nært hold som fly.
Jetfly har tidligere fløyet enda lenger opp enn Perlan II, men de beveger seg så fort – og har så høye utslipp av eksos – at det ikke er mulig å foreta presise målinger i stratosfæren med dem.
Med Perlan II kan forskerne derimot drive kontrollert utforskning ved hjelp av sensorer på glideflyet, som kan måle luftfuktighet, trykk og temperatur i stratosfæren.
I mange år mente meteorologene at været kun ble skapt i troposfæren, luftlaget som går fra jordoverflaten til stratosfæren i 15 kilometers høyde.
I dag vet vi at det som skjer i stratosfæren, forplanter seg nedover.
I stratosfæren blåser den polare virvelstrømmen, en sirkel av vestavind rundt polområdene, over Canada, Sibir og Skandinavia.
Virvelstrømmen støtter jetstrømmene som blåser lenger nede i atmosfæren.
Den polare virvelstrømmen kan bli påvirket av rossby-bølger fra troposfæren. Bølgene skapes av jordas rotasjon og forskjellen mellom land og hav.
Bølgene stiger opp og kan bryte ned den polare virvelstrømmen, noe som svekker jetstrømmene i troposfæren og gir plass til at varm luft kan blåse langt mot nord, mens kald luft blåser langt sørover.
Utforskning av vind, temperatur og kjemi i stratosfæren med Perlan II kan gi forskere innblikk i disse fenomenene som er med på å drive været på jorda.
Den kunnskapen kan bli avgjørende for langtidsvarsler. Det gjelder særlig i Nord- og Vest-Europa, der sammenhengen mellom stratosfære og troposfære ser ut til å være spesielt sterk.
Det revolusjonerende glideflyet skal ikke bare gi oss mer kunnskap om været, men også måle ozon i stratosfæren.
Forskerne skal undersøke de hullene i ozonlaget som er skapt av tiår med utslipp av gasser som splitter ozonmolekyler.
Noen av de største synderne ble brukt i blant annet kjøleskap fram til 1987, da land verden over ble enige om å fase ut gassene. Perlan II skal dokumentere hvor raskt ozonlaget blir gjenopprettet.
Glideflyet skal utforske ozonlaget
I stratosfæren finner vi ozonlaget, som beskytter jorda mot UV-stråler fra sola, men flere tiår med utslipp av farlige kjemikalier har skapt hull i laget og bidratt til den globale oppvarmingen. Ny forskning viste i 2016 at hullene i ozonlaget holder på å lukke seg flere steder, men for å være sikre vil forskere måle andelen av ozon i lufta mer presist. Den oppgaven skal Perlan II forsøke å løse gjennom målinger i 20 kilometers høyde, der 90 prosent av lufta består av ozon.
Stratosfære (15–50 kilometer)
90 prosent av ozonlaget finnes i stratosfæren, i 20 kilometers høyde.
Troposfære (0–15 kilometer)
Den nederste delen av atmosfæren. Det er her de fleste passasjerfly holder seg.
Bakken
De UV-strålene som trenger gjennom det beskyttende ozonlaget, når ned til bakken.
Neste stopp er Mars
Perlan II svever selv om lufta er 97 prosent tynnere enn ved bakken, og temperaturene når minus 70 grader. Omtrent de samme atmosfæriske forholdene finnes på Mars.
På den røde planeten er atmosfæren oksygenfattig, noe som gjør det umulig å fly med forbrenningsmotorer, men Perlan II har vist at vi kan sveve over store avstander under lignende forhold.
Langdistansetransport blir avgjørende hvis vi skal utforske Mars og slå oss ned flere steder på planeten.
Her på jorda fortsetter Perlan II den svevende utforskningen av de aller høyeste luftlagene.
Pilotene Jim Payne og Tim Gardner vil allerede neste år prøve å slå sin egen høyderekord og nå opp i utrolige 27 kilometers høyde på ryggen av de ville fjellbølgene.