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Die Entstehung ist zum Teil noch ungeklärt. Die Wolken bilden sich zunächst über den polaren Breiten, nahe der Mesopause.
Zwischen Juni und August erreicht die Mesopause über der Polregion der Erde die zur Bildung der Wolken notwendigen niedrigen Temperaturen. Luftmassen steigen auf, wenn die umgebende Luft kälter ist. Stoßen sie aber an eine Schicht, in der die Luft wärmer wird, geht der Luftmasse der Auftrieb verloren und sie bleibt in dieser Höhe gefangen, so z. B. in der Mesopause. In einer Höhe von 80 Kilometer, wird die Luft wieder wärmer.
Damit sich Eiskristalle bilden brachen sei einen kleinen Partikel an den sie sich anlagern können, den Kristallisationskernen. Die Kristallisationskerne könnten nach heute gängiger Expertenmeinung aus Material bestehen, das beim Verglühen von Meteoren freigesetzt wird oder durch einen Vulkanausbruch. (Beispiel von Beobachtungen von leuchtenden Nachtwolken: Krakatau 1883 und Eyjafjalljökull 2010)
Die maximale Häufigkeit ist rund 20 Tage nach der Sommersonnenwende zu erwarten, also in den Tagen um den 11. Juli. Bis zu drei Wochen vor oder nach diesem Termin ist die Wahrscheinlichkeit für eine Sichtung am höchsten. In unseren Breiten können Beobachter etwa zwei bis fünf Beobachtungen von leuchtenden Nachtwolken pro Saison erwarten.
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