Keskatmosfääriks loetakse stratosfääri, mis algab tropopausiga (kõrgus oleneb aastaajast ja geograafilisest laiusest), ulatudes 12-50 km kõrgusele, ja mesosfääri, mis ulatub kuni 80 km kõrgusele maapinnast.
Madalatmosfääriks on troposfäär, mis algab maapinnalt ja ulatub 7-20 km kõrgusele. Erinevalt troposfäärist on keskatmosfääris äärmiselt vähe niiskust, mistõttu pilvi tavaliselt ei teki. Väga harva siiski teatud tingimustel tekib pilvi, mida soodustab asjaolu, et kümnete km kõrgusel maapinnast (stratosfääri alumises osas ja mesosfääris) on väga madala temperatuuri tõttu küllastava veeauru rõhk väga väike, mistõttu isegi väikesest niiskusehulgast piisab pilvede tekkeks. Keskatmosfääri pilvede hulka kuuluvad polaarstratosfääripilved ja polaarmesosfääripilved. Mõlema pilveliigi puhul kasutati varem teist nimetust (vastavalt pärlmutterpilved ja helkivad ööpilved), kuid kuna nimetused ei olnud informatiivsed, siis võeti kasutusele uued nimetused. Polaarstratosfääripilvedest ja atmosfääri kihtideks jaotamisest oli juttu pikemalt siin.
Suhteliselt nõrgad helkivad ööpilved öisest Tallinnast vaadatuna. Tavalised pilved näivad mustana. 18. juuli öösel 2008. a.
Polaarmesosfääripilved ehk vanema nimetusega helkivad ööpilved tekivad mesosfääri ülaosas ja mesopausis, kui temperatuur langeb väga madalale (vähemalt -120°, kuid vahel isegi alla -140°C). Sellised tingimused kujunevad pooluste lähedal suvises mesosfääris, sest sinna toovad olulise osa soojusenergiat troposfääris genereeritud mehhaanilised lained, mille läbipääsu võimalused suurde kõrgusesse on oluliselt paremad talvel. Suvel aga jõuab mesosfääri vähem energiat ja see põhjustab jahtumise. Polaarmesosfääripilved on kõrgeimal Maa atmosfääris tekkivad pilved, mis asuvad keskeltläbi 80 km kõrgusel maapinnast.
Polaarmesosfääripilved koosnevad äärmiselt väikestest jääkristallidest, mis võivad tekkida kas otseselt veeaurust või tolmukübemetele sublimeerumisest. Tolmu ega niiskuse päritolu on olnud kaua vaidlusküsimus, kuid arvatavasti on tolm maavälise päritoluga (nn meteoriiditolm), ent ka vulkaanid võivad olla allikaks, kuid veeaur pärineb arvatavasti troopikas ülivõimsatest rünksajupilvede tippudest, mis läbivad tropopausi või stratosfääris toimuvatest fotokeemilistest reaktsioonidest, mille üks komponente on näiteks metaan.
Alates teatud temperatuurist saab vesi olla vaid gaasilises või tahkes olekus, mis seletab osa põhjusest, miks ikkagi tekivad nii vähesest niiskusest jääkristallid. Teine osa põhjusest, miks saavad üldse tekkida mingid pilved, seisneb väga madalas temperatuuris, mistõttu küllastava veeauru rõhk on väga väike, seega isegi äärmiselt väikesest kogusest niiskusest saaks juba tekkida pilvi. Mesosfääris valitsevates tingimustes ei ole veemolekulid üle ühe ööpäeva stabiilsed (intensiivne kiirgus), seega toimub pidev veevarude täienemine, sest muidu poleks võimalik helkivaid ööpilvi järgnevatel öödel vaadelda.
Helkivad ööpilved said nime selle järgi, et neid saab jälgida siis, kui päike on allpool horisonti, kuid vaid teatud piirini ja on tumeda taeva taustal hõbedased või sinakasvalged (väga harva kollakad) helendavad triibud, kogumid jne. Pilvede suure hõreduse tõttu paistavad suuremad tähed neist läbi.
Helkivate ööpilvede ehk polaarmesosfääripilvede vaatlemiseks soodsad tingimused on laiustel, kus on valged ööd, mis tähendab, et atmosfääri alumised osad on Maa varjus, kuid ülemistesse osadesse, sealhulgas mesosfääri ülemisse ossa jõuab otsene päikesekiirgus, mis hajub jääkristallidel ja osa valgusest peegeldub tagasi, mistõttu ongi pilved võrdlemisi eredad ja öisel ajal hästi nähtavad. Nendel ja esimeses lõigus selgitatud põhjustel on parim aeg polaarmesosfääri pilvede nägemiseks suvel pärast jaanipäeva kuni augustini ja 50°-65° laiustel, kus on parajalt valged ööd. Kõige paremini tulevad pilved esile umbes 60. (põhja)laiusel. Põhjapoolkeral on helkivaid ööpilvi palju nähtud, ent lõunapoolkeral vaid umbes sajal korral, kusjuures pilved on nõrgemad. Peab arvestama sellega, et lõunapoolkeral on vaatlemiseks soodne piirkond palju vähem asustatud kui põhjapoolkeral.
Tavalised kiudpilved näivad helkivate ööpilvede taustal mustad või väga tumedad, sest asuvad liiga madalal, et päike saaks neid valgustada, v. a. seniidi lähedal, kus kiudpilved on lihtsalt raskesti nähtavad.
Kui helkivad ööpilved asuvad seniidis ja lõunataevas, siis need ei ole säravalt hõbedased, vaid pigem tuhmilt sinakad ning sel juhul võib-olla esmapilgul raske öelda, kas tegemist on kiud-või helkivate ööpilvedega.
Helkivad ööpilved seniidis ja edelataevas 27. juuni öösel Tallinnas. Värvuselt on ikka sinakad, kuid mitte säravad, nagu põhjataevas horisondi lähedal.
Helkivatel ööpilvedel on huvitav ajalugu. Esimest korda nägid kindlalt polaarmesosfääripilvi 1885. aastal korraga mitu vaatlejat, sealhulgas Eestist Karl Ernst Albrecht Hartwig. On kahtlustatud ka, et juba 1851. aastal võis neid näha Tartus Johann Heinrich Mädler. Esialgu seostati neid 1883. aastal toimunud Krakatau vulkaanipurskega, mille tõttu sattus atmosfääri, sealhulgas stratosfääri ja ilmselt siis ka mesosfääri palju tolmu, kuid pilvi nähti edaspidigi ikka ja jälle, kui tolm oli juba atmosfäärist sadeneda jõudnud.
Tänapäeval on teada, et helkivad ööpilved koosnevad väga väikestest jääkristallidest. Nende esinemise sagedus on isegi tõusnud, sest mesosfäär jahtub tasapisi. Täpne põhjus on teadmata, kuid suure tõenäosusega on nähtus seotud nn kliima soojenemisega. Samuti arvati, et neid on vaid valgete ööde tsoonis. Seda arvamust põhjustas asjaolu, et põhja pool on taevas heledam kuni selleni välja, et päike ei loojugi ja seetõttu ei ole helkivad ööpilved taeva taustal visuaalselt lihtsalt eristatavad. Hiljem selgitati, et mida poolusele lähemale, seda rohkem neid on, kuni esinemissageduse maksimum on pooluse kohal, kus neid on enam kui pooltel päevadel suvel.
Helkivad ööpilved on seotud ka päikese aktiivusega: miinumumi ajal on pilvi kõige rohkem ja nad on kõige eredamad, sest ultraviolettkiirgus lõhub siis vähem veemolekule, mis on pilvede tekkeks vajalikud.
Endises Nõukogude Liidus ja sealhulgas Eestis tegeldi helkivate ööpilvede vaatlemisega aktiivselt ning vaatlusmetoodikas saavutati kõrge kvaliteet. Eestlastest on polaarmesosfääripilvede uurijana teenekas Charles Villman, kes oli pikka aega eestvedajaks Tartu Observatooriumis. Helkivaid ööpilvi uuriti ka orbitaaljaamade abil.
Helkivatest ööpilvedest populaarsemas vormis ja nende vaatlemisest (kirjutise lõpus) loe Horisont.ee-st. NB! Seal räägitakse 2009. aastast. 2010. aastal oli helkivaid ööpilvi Eestis esimest korda võimalik näha juba 13. juuni öösel, järgmisel korral väga nõrgalt ka 23. juuni öösel, kuid seejärel juba sageli. Esinemise maksimum jäi juuni lõppu-juuli algusesse, hiljem võis neid vaid üksikutel päevadel näha.
Väga eredad helkivad ööpilved 17. juuli öösel 2008. a. Tallinna kohal. Pange tähele, et kiudpilved tunduvad peaaegu mustad erinevalt hõbedaselt eredatest polaarmesosfääripilvedest.
Väga maalilised helkivad ööpilved 25. juuli öösel 2009. a. Tallinna kohal.
Autori fotod
Pärlmutterpilved ehk polaarstratosfääripilved (13.10.2014) Pärlmutterpilved ehk polaarstratosfääripilved. Pildistatud 19.01.2010 Põlvamaal Foto: Riho Kaur Tegemist on haruldase pilvetüübiga, kuid vaatepilt on unustamatu, sest need on tavaliselt irisatsiooni tõttu erksalt vikerkaarevärvilised ja pastelsed ning sageli lainekujulised.
