Satelita przechwytuje zorzę polarną dwutlenku węgla z kosmosu

Podczas gdy nocne niebo z wyświetlaniem zorzy polarnej lub zórz polarnych od wieków przyciąga uwagę naukowców i miłośników nieba, niewiele wiadomo jeszcze o zorzy polarnej związanej z CO2.

W nowym badaniu opublikowanym w Listy z badań geofizycznychNaukowcy ujawniają globalne obserwacje zorzy polarnej związanej z dwutlenkiem węgla za pomocą pomiarów satelitarnych.

Kiedy myślimy o zorzy polarnej, często wyobrażamy sobie olśniewające zielone i czerwone światła tańczące na niebie. Jednak zorza polarna ma wiele powiązanych emisji, które występują w różnych regionach atmosfery, z których większość nie jest widoczna dla ludzkiego oka.

Atmosfera ziemska składa się z kilku warstw. Troposfera to miejsce, w którym doświadczamy większości pogody na Ziemi. Następna warstwa, stratosfera, zawiera ziemską warstwę ozonową, która chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym Słońca. Warstwa środkowa to mezosfera, w której meteoryty spalają się, gdy napotykają rosnącą gęstość ziemskiej atmosfery. Powyżej tej warstwy znajduje się termosfera, która leży na wysokości od 80 km do 700 km nad powierzchnią Ziemi i pokrywa się z jonosferą, częścią atmosfery zawierającą naładowane jony i elektrony.

W pobliżu dna termosfery znajduje się „krawędź kosmosu” – znana również jako linia Kermana, na wysokości około 100 km. Linia Kermana wskazuje wysokość, na której satelity mogą krążyć po orbicie. Wiele emisji zórz polarnych ma miejsce w termosferze i jonosferze w ziemskiej atmosferze. Zwykłe zielone i czerwone zorze polarne występują odpowiednio w pobliżu 100 km i 250 km wysokości, z powodu stanu wzbudzenia tlenu atomowego.

Kiedy energetyczne cząstki zderzają się w ziemskiej atmosferze, oddziałują z mieszaniną atomów i cząsteczek. Jedną z tych cząsteczek jest dwutlenek węgla. Chociaż wiadomo, że dwutlenek węgla wpływa na troposferę jako gaz cieplarniany, występuje również w śladowych ilościach w ziemskiej atmosferze na obrzeżach kosmosu.

Wysoko nad Ziemią, blisko 90 kilometrów (56 mil), dwutlenek węgla ulega wzbudzeniu wibracyjnemu podczas zorzy polarnej, emitując więcej promieniowania podczerwonego niż normalnie obserwowane w atmosferze.

Aby monitorować podwyższone sygnały podczerwieni dwutlenku węgla podczas zorzy polarnej, główna autorka i naukowiec z ASU, Katrina Bossert, wraz z międzynarodowym zespołem naukowców wykorzystała Atmospheric Infrared Sounder, który zbiera energię podczerwieni emitowaną z powierzchni Ziemi i atmosfery na poziomie globalnym świat, każdego dnia. Jego dane zapewniają trójwymiarowe pomiary temperatury i pary wodnej w kolumnie atmosferycznej, szereg gazów śladowych oraz właściwości powierzchni i chmur na pokładzie satelity Aqua NASA.

Międzynarodowa Grupa Naukowa Współpracy zaobserwowała wzrost sygnałów podczerwieni dwutlenku węgla podczas zorzy polarnej. Prace nad wyizolowaniem tych emisji dostarczają zestawu danych do przyszłych badań nad zorzą polarną i opadami cząstek energetycznych na całym świecie.

„To zapewnia nową metodę obserwacji zorzy ziemskiej z kosmosu. Różne emisje zorzy mogą być związane z różnymi wysokościami i energiami cząstek” – powiedział Bossert, profesor nadzwyczajny w College of Earth and Space Exploration oraz College of Mathematical and Statistical Sciences ASU. . „Emisje dwutlenku węgla z zorzy polarnej występują w regionie, który uważamy za krawędź kosmosu, który znajduje się nieco niżej niż miejsce, w którym zwykle krążą satelity. Obserwacje mogą prowadzić do wglądu w procesy fizyczne związane z zorzą polarną”.

Chociaż wcześniej było wiadomo, że dwutlenek węgla może zostać wzbudzony podczas zorzy polarnej, ten zestaw danych i metoda analizy zapewnia pierwsze codzienne globalne obserwacje regionów północnej i południowej półkuli za pomocą instrumentu satelitarnego do oglądania izotopów. Pomiary satelity obejmują ponad 20 lat i mogą być wykorzystane w przyszłych badaniach zorzy polarnej i interakcji cząstek energetycznych z ziemską atmosferą.

Inni autorzy badań to Lars Hofmann z Julich Center for Supercomputing, Martin Melengak z NASA Langley Research Center oraz Linda Hunt z Science Systems and Applications Inc.