Ptasie oko NASA Gold ujawnia tajemniczą dynamikę na styku Ziemi z kosmosem

Nowe wyszukiwanie przy użyciu danych z NASAMisja Global Extremity and Disc Observation, czyli GOLD, ujawniła nieoczekiwane zachowanie w przestrzeniach naładowanych cząstek łączących równik Ziemi – być może dzięki dalekosiężnej globalnej wizji GOLD, pierwszej tego typu w tym rodzaju. z pomiaru.

Złoto znajduje się na orbicie geostacjonarnej, co oznacza, że ​​krąży wokół Ziemi z taką samą prędkością jak planeta i „unosi się” nad tym samym miejscem. Dzięki temu GOLD może zobaczyć ten sam region pod kątem zmian w czasie na długości i szerokości geograficznej, czego większość satelitów badających górne warstwy atmosfery nie może zrobić.

„Ponieważ GOLD znajduje się na satelicie geostacjonarnym, możemy uchwycić dwuwymiarową ewolucję tej dynamiki w czasie” – powiedział dr Xuguang Cai, badacz z High Altitude Observatory w Boulder w Kolorado i główny autor nowego artykułu badawczego.

Projekt GOLD koncentruje się na częściach górnej atmosfery Ziemi, które rozciągają się od około 50 do 400 mil na wysokość, w tym na neutralnej warstwie zwanej termosferą i naładowanych elektrycznie cząsteczkach tworzących jonosferę. W przeciwieństwie do neutralnych cząstek w większości ziemskiej atmosfery, naładowane cząstki w jonosferze reagują na pola elektryczne i magnetyczne przechodzące przez atmosferę i przestrzeń zbliżoną do Ziemi. Ale ponieważ cząstki naładowane i neutralne mieszają się ze sobą, coś, co wpływa na jedną populację, może również wpływać na inną.

Misja NASA GOLD – skrót od Observations on the Global Tip and Disk Scale – dostrzegła nagły asymetryczny ruch w jednym z podwójnych pasm naładowanych cząstek, które tworzą się w ziemskiej atmosferze w nocy. Unikalna perspektywa GOLD (po prawej) umożliwiła tę obserwację, ponieważ inne rodzaje pomiarów dokonywanych za pomocą instrumentów naziemnych (po lewej) nie widzą zmian na otwartej wodzie. Czerwone kropki pokazują szczyt pasma elektronów mierzony przez czujniki naziemne mierzące całkowitą zawartość elektronów, podczas gdy czarne kropki pokazują szczyt pasma elektronów mierzony przez GOLD. Pod koniec wizualizacji zmierzone piki pojawiają się w różnych miejscach. Źródło: Pracownia Wizualizacji Naukowej NASA

Oznacza to, że jonosfera i górna warstwa atmosfery są kształtowane przez złożoną kombinację czynników, w tym warunki pogodowe w przestrzeni kosmicznej — takie jak burze geomagnetyczne napędzane przez słońce — oraz pogodę naziemną. Obszary te służą również jako autostrada dla wielu naszych sygnałów komunikacyjnych i nawigacyjnych. Zmiany gęstości i składu jonosfery mogą zniekształcać sygnały, które przez nią przechodzą, takie jak radio i GPS.

Ze swojego punktu obserwacyjnego na komercyjnym satelicie komunikacyjnym na orbicie geostacjonarnej, GOLD dokonuje obserwacji jonosfery na poziomie półkuli co około 30 minut. Ten bezprecedensowy pogląd daje naukowcom nowy wgląd w zmiany tego regionu.

tajemniczy ruch

Jedną z najbardziej wyróżniających cech nocnej jonosfery są podwójne pasma gęsto naładowanych cząstek po obu stronach ziemskiego równika magnetycznego. Pasma te — zwane równikowymi anomaliami jonizacyjnymi lub EIA — mogą zmieniać rozmiar, kształt i intensywność w zależności od warunków panujących w jonosferze.

Zespoły mogą również zmieniać swoją pozycję. Do tej pory naukowcy opierali się na danych zebranych przez satelity przechodzące przez region, uśredniając pomiary z miesięcy, aby zobaczyć, jak zasięgi mogą się zmienić w dłuższej perspektywie. Jednak zmiany krótkoterminowe są trudniejsze do śledzenia.

Przed GOLD naukowcy podejrzewali, że wszelkie gwałtowne zmiany w pasmach będą symetryczne. Jeśli pas północny przesuwa się na północ, to pas południowy robi ruch wsteczny na południe. Pewnej nocy w listopadzie 2018 roku GOLD zobaczył coś, co podważyło ten pomysł: południowe pasmo cząstek dryfowało na południe, podczas gdy pas północny utrzymywał się na stałym poziomie – wszystko w mniej niż dwie godziny.

https://www.youtube.com/watch?v=tQURE3GsiNs
Kształt ziemskiego pola magnetycznego (reprezentowanego przez pomarańczowe linie na tej wizualizacji danych) w pobliżu równika odpycha naładowane cząstki (niebieskie) od równika, tworząc dwa gęste pasma na północ i południe od równika, znane jako anomalia jonów równikowych. Źródło: Pracownia Wizualizacji Naukowej NASA

To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy obserwowali, jak pasma poruszają się w ten sposób, ale to krótsze zdarzenie – tylko około dwóch godzin, w porównaniu z bardziej typowymi dwiema godzinami od sześciu do ośmiu godzin obserwowanych wcześniej – zostało zaobserwowane po raz pierwszy i mogło zaobserwowano tylko wcześniej.ZŁOTO. Notatki są przedstawione w artykule opublikowanym 29 grudnia 2020 r., Journal of Geophysical Research: Fizyka Kosmiczna.

Symetryczny dryf tych pasm następuje ze względu na wysokość powietrza, które ciągnie ze sobą naładowane cząstki. Gdy zapada noc i temperatura spada, wznoszą się kieszenie cieplejszego powietrza. Naładowane cząstki przenoszone w tych cieplejszych kieszeniach powietrznych są połączone liniami pola magnetycznego, a dla tych kieszeni w pobliżu równika magnetycznego Ziemi kształt pola magnetycznego Ziemi oznacza, że ​​ruch w górę również popycha naładowane cząstki poziomo. Powoduje to symetryczny dryf północ-południe dwóch pasm naładowanych cząstek.

Dokładna przyczyna aberracji asymetrycznej obserwowanej przez GOLD pozostaje tajemnicą — chociaż Cai podejrzewa, że ​​odpowiedź leży w połączeniu wielu czynników, które kształtują ruch elektronów w jonosferze: trwających reakcji chemicznych, pól elektrycznych i wiatrów na dużych wysokościach w regionie.

Zaskakujące jest jednak to, że odkrycia te mogą pomóc naukowcom zajrzeć za kurtynę jonosfery i lepiej zrozumieć, co napędza jej zmiany. Ponieważ niemożliwe jest monitorowanie każdego procesu za pomocą czujnika satelitarnego lub naziemnego, naukowcy w dużym stopniu polegają na modelach komputerowych do badania jonosfery, takich jak te, które pomagają meteorologom przewidywać pogodę na Ziemi. Aby stworzyć tę symulację, naukowcy kodują to, co podejrzewają, że jest podstawą działania fizyki, i porównują przewidywania modelu z obserwowanymi danymi.

Przed projektem GOLD naukowcy pozyskiwali te dane z okazjonalnie przechodzących satelitów i ograniczonych obserwacji naziemnych. Teraz GOLD daje naukowcom kompleksowy przegląd.

Odniesienie: „Obserwacja wzmocnienia promieniowania 135,6 nm po zachodzie słońca nad Ameryką Południową przez Gold Expedition” autorstwa 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 i Inez S. Batista, 29 grudnia 202, dostępne tutaj. Journal of Geophysical Research: Fizyka Kosmiczna.
doi: 10.1029/ 2020JA028108