Vtáčie oko NASA Gold odhaľuje tajomnú dynamiku vo vesmíre na zemskom rozhraní

Nový výskum s použitím údajov od NASAGlobálne pozorovania misie Limb and Disk alebo GOLD odhalili neočakávané správanie v pásmach nabitých častíc, ktoré spájajú rovník Zeme-pravdepodobne vytvorené Gouldovým dlhodobým globálnym pohľadom, ktorý je tohto typu. Je to prvý svojho druhu. merania.

Zlato je na geostacionárnej obežnej dráhe, čo znamená, že obieha okolo Zeme rovnakou rýchlosťou, ako sa planéta otáča a „vznáša“ sa nad tým istým bodom. To umožňuje spoločnosti GOLD pozorovať rovnaké pole na zmeny zemepisnej dĺžky a šírky v priebehu času, čo väčšina satelitov študujúcich hornú atmosféru nedokáže.

„Pretože je GOLD na geostacionárnom satelite, môžeme zachytiť 2D časový vývoj týchto dynamiiek,“ povedal Dr., výskumník z observatória High Altitude Observatory v Boulderi v štáte Colorado a hlavný autor nového výskumného dokumentu. Povedal Xuguang Cai.

Zlato siaha do nadmorskej výšky asi 50 až 400 míľ nad časťami hornej atmosféry Zeme, ktorá obsahuje neutrálnu vrstvu nazývanú termosféra a elektricky nabité častice, ktoré tvoria ionosféru. Na rozdiel od neutrálnych častíc vo väčšine atmosféry Zeme, nabité častice ionosféry reagujú na elektrické a magnetické polia šíriace sa atmosférou a priestorom Zeme. Pretože sa však nabité a neutrálne častice zmiešajú, to, čo ovplyvňuje jednu populáciu, môže ovplyvniť aj inú.

Misia NASA GOLD-skratka pre globálne pozorovanie končatín a disku-pozorovala prekvapivý asymetrický pohyb v jednom z dvojitých pásov nabitých častíc, ktoré sa v noci vytvorili v zemskej atmosfére. Gouldova jedinečná perspektíva (vpravo) umožnila toto pozorovanie, pretože iné typy meraní vykonaných pomocou pozemných prístrojov (vľavo) nevidia zmeny na otvorenej vode. Červené bodky ukazujú vrchol elektrónového pásma meraný pozemnými snímačmi, ktoré merajú celkový obsah elektrónov, zatiaľ čo čierne bodky ukazujú vrchol elektrónového pásma meraný zlatom. Na konci vizualizácie sú namerané vrcholy viditeľné na rôznych miestach. kredit: Vedecké vizualizačné štúdio NASA

To znamená, že ionosféra a horná atmosféra sú formované mnohými komplexnými faktormi vrátane vesmírnych poveternostných podmienok – napríklad geomagnetických búrok poháňaných Slnkom – a terestrického počasia. Tieto oblasti tiež slúžia ako diaľnica pre mnohé naše komunikačné a navigačné signály. Zmeny hustoty a zloženia ionosféry môžu narušiť prechod signálov, ako je rádio a GPS.

Zo svojho výhodného miesta na komerčnom komunikačnom satelite na geostacionárnej obežnej dráhe GOLD každých 30 minút robí pozorovanie ionosféry v celej pologuli. Tento bezprecedentný pohľad z vtáčej perspektívy dáva vedcom nový pohľad na to, ako sa tento región mení.

tajomný pohyb

Jednou z najvýraznejších vlastností ionosféry v noci sú dvojité pásy husto nabitých častíc na oboch stranách magnetického rovníka Zeme. Tieto pásy – nazývané ekvatoriálna ionizačná anomália alebo EIA – sa môžu meniť vo veľkosti, tvare a intenzite v závislosti od podmienok ionosféry.

Pásy môžu tiež meniť polohu. Vedci sa doteraz spoliehali na údaje zachytené satelitmi prechádzajúcimi oblasťou, pričom v priemere merali mesiace, aby zistili, ako sa pásy mohli posunúť v dlhšom období. Ale sledovanie krátkodobých zmien bolo ťažšie.

Pred Gouldom vedci tušili, že každá rýchla zmena pásma bude symetrická. Ak sa severný pás pohybuje na sever, južný pás robí zrkadlový pohyb na juh. Jednej novembrovej noci však Gould spozoroval niečo, čo túto myšlienku spochybnilo: južný pás častíc sa presunul na juh, zatiaľ čo severný pás zostal nehybný – to všetko za menej ako dve hodiny.

Tvar magnetického poľa Zeme (v tejto vizualizácii údajov reprezentovaný oranžovými čiarami) v blízkosti rovníka odvádza nabité častice (modré) od rovníka a vytvára dva husté pásy severne a južne od rovníka známe ako anomália ekvatoriálnej ionizácie. Známa v. kredit: Vedecké vizualizačné štúdio NASA

Nie je to prvýkrát, čo vedci pozorovali takto vibrujúce pásy, ale táto malá udalosť – v porovnaní s typickejšími šiestimi až ôsmimi hodinami, ktorá bola zaznamenaná len o dve hodiny skôr – bola prvou pozorovanou udalosťou, ktorá sa mohla stať iba Oslávené zlatom. Tieto pozorovania sú uvedené v dokumente publikovanom 29. decembra 2020 Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Symetrický tok týchto pásov je spôsobený nárastom vzduchu, ktorý so sebou ťahá nabité častice. Ako nastáva noc a teploty sa ochladzujú, teplejšie časti vzduchu sa pohybujú nahor. Nabité častice prenášané v týchto vreckách teplého vzduchu sú viazané čiarami magnetického poľa a veľkosť magnetického poľa Zeme pre vrecká v blízkosti magnetického rovníka Zeme znamená, že pohyb nahor pohybuje aj nabité častice. Sú tlačené vodorovne. To vytvára symetrický severný a južný posun dvoch pásiem nabitých častíc.

Presná príčina asymetrického driftu pozorovaného Gouldom je stále záhadou – aj keď Cai má podozrenie, že odpoveď spočíva v kombinácii niekoľkých faktorov, ktoré formujú pohyb elektrónov v ionosfére: prebiehajúce chemické reakcie, elektrické polia a vysoké nadmorské výšky. fúkanie cez oblasť.

Aj keď sú tieto zistenia prekvapujúce, môžu vedcom pomôcť nahliadnuť do zákulisia ionosféry a lepšie porozumieť tomu, čo poháňa jej zmeny. Pretože nie je možné pozorovať každý proces pomocou satelitných alebo pozemných senzorov, vedci sa pri štúdiu ionosféry veľmi spoliehajú na počítačové modely. Je to veľmi málo modelov, ktoré meteorológom pomáhajú predpovedať počasie na zemi. Na vytvorenie týchto simulácií vedci kódujú to, o čom sa domnievajú, že je základnou fyzikou v práci, a porovnávajú predikciu modelu s pozorovanými údajmi.

Pred GOLD vedci získali tieto údaje z príležitostného prechodu satelitov a obmedzených pozemných pozorovaní. Teraz Gould ponúka vedcom pohľad z vtáčej perspektívy.

Referencia: Xuguang Cai, Alan G. Burns, Wenbin Wang, Liying Qian, Jing Liu, Stanley C. Solomon, Richard W. Eastes, Robert E. E. Daniels, Carlos R. Martinis, William E. McClintock a Inez S. Batista, 29. december 202, Journal of Geophysical Research: Space Physics.
DOI: 10.1029/2020JA028108