Udforskningen af himlens struktur IV.

Trods sin ringe mængde har ozon kraftig indvirkning på atmosfærens temperatur - og på livet på Jorden - fordi den opsuger en meget virkningsfuld del af solspektret, den ultraviolette stråling. Relationerne mellem luftarten og denne særlige stråling er ret komplicerede. Ozon dannes af ultraviolette stråler, som den derefter absorberer. Absorptionen kan ødelægge ozonmolekylet ved at spalte dets ekstra iltatom. De kreative og ødelæggende virkninger holdes nærmest i balance i toppen af ozonlaget. Men længere nede er der færre ultraviolette stråler p.g.a. filtreringen i ozonlaget ovenover. Det er derfor, at stratosfæren er varmest, måske 18° C, nær den øvre grænse af ozonlaget, hvor den stærke energi fra de ultraviolette stråler forbruges, frem for ved dets centrum, hvor ozonkoncentrationen er størst. Kun en meget lille del af den ultraviolette stråling når ned til jordoverfladen. Denne filtrerende effekt er os til stor gavn, for uden den ville Jorden formentlig være ubeboelig. Planterne ville visne. Klodens dyreliv inklusive mennesket ville komme til at lide under forbrændinger, hudkræft og blindhed, og havene ville blive opvarmet, således at de nuværende livsformer ikke ville kunne opretholdes.

Ved ozonlagets varme, øvre grænse, ca. 50 km over jordoverfladen, ligger stratopausen, som udgør grænselaget mellem stratosfæren og endnu et lag, mesosfæren. Selv om mesosfæren lader sig udforske fra raketter, er det overordentlig vanskeligt at gennemføre direkte målinger fra et hurtigt projektil. En af løsningerne minder en hel del om Lindemann og Dobsons første meteorstudier, idet raketter transporterer små kugler ind i den øvre atmosfære, hvor de dropper dem. Forskere følger derpå de faldende legemer med radar og registrerer hastighed og accelerationsdata. Det gør det muligt at måle den luftmodstand, som en kugle møder og herudfra beregne luftens tæthed og temperatur. En anden metode går ud på at lade raketbårne granater detonere i den øvre atmosfære. Hastigheden af lydbølgerne fra eksplosionen kan anvendes til beregning af lufttæthed, temperatur og vindhastighed.

Disse forsøg, som blev udført i slutningen af 1940rne og begyndelsen af 1950erne, viste at de tynde luftarter oven over stratosfæren absorberer så lidt solvarme, at den godt 30 km høje mesosfære hurtigt bliver koldere ved stigende højder, men det havde man også forventet. Forsøgene viste derimod paradoksalt nok også, at zonen er koldest i sommermånederne, antagelig på grund af en eller anden mystisk global udveksling mellem varm og kold luft.

Når mesosfæren er koldest, kan der i områderne ved høje breddegrader dannes skyer, som er meget forskellige fra dem i den lavere atmosfære. De kaldes natlysende skyer, fordi de er oplyst af Solen og kun er synlige på den mørke himmel efter solnedgang. Disse sølvagtigt hvide slørskyer dannes i ca. 80 kilometers højde over Jorden i mesopausen, det koldeste område i hele atmosfæren, hvor sommertemperaturen falder ned til  140 grader C. Med raketter har man indsamlet prøver fra disse skyer, men man ved kun lidt om deres sammensætning. Visse forskere mener, at skyerne består af mikroskopisk støv fra meteorer, kometer eller vulkaner.

Luftens tæthed og temperatur i atmosfærelaget, der strækker sig fra den 80 km høje mesopause op til måske 300 km over Jorden, termosfæren, blev først genstand for direkte målinger i slutningen af 1950erne, da forskerne begyndte at beregne ændringer i satellitters baner som følge af gnidningsmodstand. Gennem disse studier blev det afsløret, at selv om termosfæren kun indeholdt meget lidt luft, mindre end 1/100.000 del af atmosfæren, opsuger denne luft størstedelen af den indkommende solstråling i det ekstremt lille ultraviolette område. Som følge heraf er der meget stor forskel mellem dag og nattemperaturer. Under visse omstændigheder kan temperaturen i den øvre termosfære nå op på 2000° C lige efter middag og falder kun til godt 500° C om natten, når den tynde luft hastigt taber varme. Sådanne ekstremer har imidlertid kun lidt praktisk betydning. Ved store højder bliver temperatur, målingen af gennemsnitshastigheden for tilfældigt bevægende luftmolekyler, et abstrakt begreb uden forbindelse med den normale betydning, fordi luften er så tynd, at den faktisk ikke overfører nogen varme til satellitter.

Hovedparten af varmen i termosfæren dannes, når den ultraviolette solstråling nedbryder molekyler til deres grundlæggende atomer. Imens de nedre dele af atmosfæren navnlig består af ilt og kvælstofmolekyler, så fremkalder denne fotokemiske nedbrydning i termosfæren en indviklet blanding af iltatomer, kvælstofoxider og kvælstofmolekyler samt nogle få brintatomer. I den øvre, rolige del af termosfæren, hvor hverken vinde eller varmestrømninger blander de forskellige grundstoffer, lagdeles de enkelte bestanddele som forudset af Teisserenc de Bort. De tungeste såsom kvælstof og iltmolekyler samler sig i lag neden under molekylerne af de lettere atomare gasser som f.eks. helium og brint.

Udover de kemiske lag og varmelagene rummer atmosfæren også elektromagnetiske lag, hvilket stort set ingen havde tænkt på før i det 20. århundrede. Der var søfolk, der havde bemærket, at kompasnålen til tider foretog helt uforklarlige udsving, og enkelte teoretikere havde antydet, at solvarmen på en eller anden måde får hele atmosfæren til at opføre sig som en gigantisk dynamo. Men det var først med radioens komme, at eksistensen af de elektromagnetiske lag blev kendt.

I 1901 begyndte den unge, selvlærte Guglielmo Marconi, der allerede havde konstrueret den første trådløse telegraf, at eksperimentere med radiokommunikation over lange afstande. Samme år lykkedes det ham at sende signaler i morsekode fra Cornwall i England tværs over Atlanterhavet til Newfoundland. Hvorledes radiobølgerne havde fulgt Jordens krumning over sådan en afstand undgik adskillige elektroingeniørers og fysikeres opmærksomhed, og de forsøgte nu at forklare Marconis bedrift.

Nogle måneder senere fremkom den engelske fysiker Oliver Heaviside med en forsigtig, men højt kvalificeret forklaring, der viste sig at være den rigtige: »Der findes muligvis et tilstrækkelig ladet lag i den øverste luft. Er det tilfældet, vil bølgerne mere eller mindre gribe fat i dem. Så vil havet på den ene og det øvre lag på den anden side træde hjælpende til.« Heaviside byggede i høj grad sin teori på beregninger. Uafhængigt heraf kom den britiskamerikanske elektroingeniør Arthur Edwin Kennelly, en tidligere assistent hos Thomas Edison, frem til den samme konklusion.