Nové vyhľadávanie pomocou údajov od NASAMisia Global Extremity and Disc Observation alebo GOLD odhalila neočakávané správanie v oblastiach nabitých častíc spájajúcich zemský rovník-možno vďaka globálnej vízii GOLD na dlhé vzdialenosti, prvej svojho druhu pre tento typ. z merania.

Zlato je na geostacionárnej dráhe, čo znamená, že obieha okolo Zeme rovnakou rýchlosťou ako planéta a „vznáša sa“ nad rovnakým miestom. To umožňuje spoločnosti GOLD vidieť rovnakú oblasť na zmeny v priebehu času na celej dĺžke a šírke, čo väčšina satelitov študujúcich hornú atmosféru nedokáže.

„Pretože je GOLD na geostacionárnom satelite, môžeme zachytiť dvojrozmerný časový vývoj týchto dynamiiek,“ povedal Dr. Xuguang Cai, výskumník z observatória vo vysokej nadmorskej výške v Boulderi v štáte Colorado a vedúci autor nového výskumného dokumentu.

GOLD sa zameriava na časti horných vrstiev Zeme, ktoré sa rozkladajú vo výške asi 50 až 400 míľ, vrátane neutrálnej vrstvy nazývanej termosféra a elektricky nabitých častíc, ktoré tvoria ionosféru. Na rozdiel od neutrálnych častíc vo väčšine atmosféry Zeme, nabité častice v ionosfére reagujú na elektrické a magnetické polia prechádzajúce atmosférou a priestorom Zeme. Ale pretože nabité a neutrálne častice sú zmiešané, niečo, čo ovplyvňuje jednu populáciu, môže ovplyvniť aj inú.

Misia NASA GOLD – skratka pre Observations on the Global Tip and Disk Scale – zaznamenala náhly asymetrický pohyb v jednom z dvojitých pásov nabitých častíc, ktoré sa v noci tvoria v zemskej atmosfére. Unikátna perspektíva GOLD (vpravo) umožnila toto pozorovanie, pretože iné typy meraní vykonaných z pozemných prístrojov (vľavo) nedokážu vidieť zmeny na otvorenej vode. Červené bodky ukazujú vrchol elektrónového pásma meraný pozemnými snímačmi merajúcimi celkový obsah elektrónov, zatiaľ čo čierne bodky zobrazujú vrchol elektrónového pásma meraný zlatom. Na konci vizualizácie sa namerané vrcholy objavia na rôznych miestach. Kredit: Vedecké vizualizačné štúdio NASA

To znamená, že ionosféra a horná atmosféra sú formované komplexnou kombináciou faktorov vrátane vesmírnych poveternostných podmienok – napríklad geomagnetických búrok poháňaných Slnkom – a terestrického počasia. Tieto oblasti slúžia aj ako diaľnica pre mnohé naše signály pre komunikáciu a navigáciu. Zmeny hustoty a zloženia ionosféry môžu skresľovať signály, ktoré cez ňu prechádzajú, napríklad rádio a GPS.

GOLD zo svojho výhodného miesta na komerčnom komunikačnom satelite na geostacionárnej obežnej dráhe robí pozorovania ionosféry na hemisfére zhruba každých 30 minút. Tento bezprecedentný pohľad dáva vedcom nový pohľad na to, ako sa tento región mení.

tajomný pohyb

Jednou z charakteristických vlastností nočnej ionosféry sú dvojité pásy husto nabitých častíc na oboch stranách magnetického rovníka Zeme. Tieto pásy – nazývané ekvatoriálne ionizačné anomálie alebo EIA – sa môžu meniť vo veľkosti, tvare a intenzite v závislosti od podmienok v ionosfére.

Pásy môžu tiež pohybovať svojou polohou. Vedci sa doteraz spoliehali na údaje zachytené satelitmi prechádzajúcimi regiónom, pričom v priemere merali mesiace, aby zistili, ako sa rozsahy môžu v dlhodobom horizonte zmeniť. Krátkodobé zmeny sa však ťažšie sledujú.

Pred GOLD vedci tušili, že akékoľvek rýchle zmeny v pásmach budú symetrické. Ak sa severný pás pohybuje na sever, potom južný pás robí reverzný pohyb na juh. Jednej novembrovej noci videl GOLD niečo, čo túto myšlienku spochybnilo: južný pás častíc sa unášal na juh, zatiaľ čo severný pás sa držal stabilne – všetko za menej ako dve hodiny.

Tvar magnetického poľa Zeme (v tejto vizualizácii údajov reprezentovaný oranžovými čiarami) v blízkosti rovníka odtláča nabité častice (modré) od rovníka a vytvára dva husté pásy severne a južne od rovníka známe ako anatorália rovníkových iónov. Kredit: Vedecké vizualizačné štúdio NASA

Nie je to prvýkrát, čo vedci videli, ako sa pásy pohybujú týmto spôsobom, ale táto kratšia udalosť – len asi dve hodiny v porovnaní s bežnejšími dvoma hodinami šiestich až ôsmich hodín, ktoré boli predtým vidieť – bola prvýkrát videná a mohla boli pozorované iba predtým. ZLATO. Poznámky sú uvedené v dokumente publikovanom 29. decembra 2020 na Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Symetrický posun týchto pásov nastáva v dôsledku výšky vzduchu, ktorý so sebou ťahá nabité častice. Keď nastáva noc a teploty sa ochladzujú, stúpajú vrecká teplejšieho vzduchu. Nabité častice nesené v týchto teplejších vzduchových vreckách sú prepojené čiarami magnetického poľa a pre tieto vrecká blízko magnetického rovníka Zeme tvar zemského magnetického poľa znamená, že pohyb nahor tlačí nabité častice aj horizontálne. To vytvára symetrický severojužný drift dvoch pásov nabitých častíc.

Presná príčina asymetrickej aberácie pozorovanej spoločnosťou GOLD zostáva záhadou-aj keď Cai má podozrenie, že odpoveď spočíva v kombinácii mnohých faktorov, ktoré formujú pohyb elektrónov v ionosfére: prebiehajúce chemické reakcie, elektrické polia a fúkanie vysokohorských vetrov v regióne.

Tieto prekvapenia by však mohli vedcom pomôcť pozrieť sa za oponu ionosféry a lepšie porozumieť tomu, čo spôsobuje jej zmeny. Pretože nie je možné monitorovať každý proces pomocou satelitného alebo pozemného senzora, vedci sa pri štúdiu ionosféry spoliehajú na počítačové modely, ako sú tie, ktoré meteorológom pomáhajú predpovedať počasie na Zemi. Na vytvorenie tejto simulácie vedci kódujú to, o čom sa domnievajú, že je základnou fyzikou pri práci, a porovnávajú predikciu modelu s pozorovanými údajmi.

Pred GOLD vedci získali tieto údaje z príležitostných tranzitujúcich satelitov a obmedzených pozemných pozorovaní. GOLD teraz poskytuje vedcom komplexný prehľad.

Referencia: „Pozorovanie zosilnenia žiarenia po západe slnka 135,6 nm nad Južnou Amerikou zlatou expedíciou“ od Xuguang Cai, Alan G. Burns, Wenbin Wang, Liying Qian, Jing Liu, Stanley C. Solomon, Richard W. Eastes, Robert E. Danielle, Carlos R. Martins, William E. McClintock a Inez S. Batista, 29. decembra 202, k dispozícii tu. Journal of Geophysical Research: Space Physics.
doi: 10.1029/ 2020JA028108