Птичият поглед на НАСА Gold разкрива мистериозна динамика на интерфейса на Земята с космоса

Ново търсене, използващо данни от НАСАГлобалната мисия за наблюдение на крайности и дискове, или GOLD, разкри неочаквано поведение в просторите на заредени частици, свързващи земния екватор-може би благодарение на дългосрочната глобална визия на GOLD, първата по рода си за този тип. от измерване.

Златото е в геостационарна орбита, което означава, че то обикаля около Земята със същата скорост като планетата и „витае“ над едно и също място. Това позволява на GOLD да вижда същия регион за промени във времето по дължина и ширина, нещо, което повечето спътници, изучаващи горните слоеве на атмосферата, не могат да направят.

„Тъй като GOLD е на геостационарен спътник, можем да уловим двуизмерна еволюция във времето на тази динамика“, казва д-р Xuguang Cai, изследовател от обсерваторията за висока надморска височина в Боулдър, Колорадо, и водещ автор на нов изследователски документ.

GOLD се фокусира върху части от горната атмосфера на Земята, които се простират на около 50 до 400 мили височина, включително неутрален слой, наречен термосфера и електрически заредени частици, които съставляват йоносферата. За разлика от неутралните частици в по-голямата част от земната атмосфера, заредените частици в йоносферата реагират на електрически и магнитни полета, преминаващи през атмосферата и околоземното пространство. Но тъй като заредените и неутралните частици се смесват заедно, нещо, което засяга една популация, може да засегне и друга.

Златната мисия на НАСА – съкратено от Глобални наблюдения на крайника и диска – видя внезапно асиметрично движение в една от двойните ленти от заредени частици, които се образуват в атмосферата на Земята през нощта. Уникалната перспектива на GOLD (вдясно) направи това наблюдение възможно, тъй като други видове измервания, направени от наземни инструменти (вляво), не могат да видят промени над открити води. Червените точки показват пика на електронната лента, измерена чрез наземни сензори, измерващи общото съдържание на електрони, докато черните точки показват пика на електронната лента, измерена чрез GOLD. В края на визуализацията измерените пикове се появяват на различни места. Кредит: Научното студио за визуализация на НАСА

Това означава, че йоносферата и горните слоеве на атмосферата са оформени от сложна комбинация от фактори, включително космическите метеорологични условия – като геомагнитни бури, задвижвани от слънцето – и сухоземното време. Тези зони служат и като магистрала за много от нашите сигнали за комуникации и навигация. Промените в плътността и състава на йоносферата могат да изкривят сигналите, които преминават през нея, като радио и GPS.

От своята гледна точка на търговски комуникационен спътник на геостационарна орбита, GOLD прави наблюдения на ниво полусфера на йоносферата на всеки 30 минути. Този безпрецедентен възглед дава на учените нова представа за това как се променя този регион.

мистериозно движение

Една от най -отличителните черти на нощната йоносфера са двойните ленти от плътно заредени частици от двете страни на магнитния екватор на Земята. Тези ленти – наречени екваториални йонизационни аномалии или EIA – могат да се променят по размер, форма и интензивност в зависимост от условията в йоносферата.

Групите също могат да преместват позицията си. Досега учените разчитаха на данни, уловени от спътници, преминаващи през региона, като осредняваха измерванията за месеци, за да видят как диапазоните могат да се променят в дългосрочен план. Но краткосрочните промени бяха по-трудни за проследяване.

Преди GOLD учените подозираха, че всяка бърза промяна в лентите ще бъде симетрична. Ако северната лента се движи на север, тогава южната лента прави обратно движение на юг. Една нощ през ноември 2018 г. GOLD видя нещо, което оспори тази идея: южната лента от частици се отклони на юг, докато северната лента се задържи стабилно – всичко това за по -малко от два часа.

Формата на магнитното поле на Земята (представена от оранжевите линии в тази визуализация на данните) в близост до екватора изтласква заредените частици (сини) далеч от екватора, създавайки две плътни ленти на север и на юг от екватора, известни като аномалия на екваториалния йон. Кредит: Студиото за научна визуализация на НАСА

Това не е първият път, когато учените виждат лентите да се движат по този начин, но това по -кратко събитие – само около два часа, в сравнение с по -типичните два часа от шест до осем часа, видяно преди – беше видяно за първи път и можеше само са били наблюдавани преди. GOLD. Бележките са очертани в документ, публикуван на 29 декември 2020 г. в Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Симетричното отклонение на тези ленти се дължи на височината на въздуха, който привлича заредените частици със себе си. С настъпването на нощта и охлаждането температурите се увеличават с джобове с по -топъл въздух. Заредените частици, пренасяни в тези по -топли въздушни джобове, са свързани чрез линии на магнитно поле, а за тези джобове в близост до магнитния екватор на Земята, формата на земното магнитно поле означава, че движението нагоре също изтласква заредените частици хоризонтално. Това създава симетричното отклонение север-юг на двете ленти от заредени частици.

Точната причина за асиметричната аберация, наблюдавана от GOLD, остава загадка-въпреки че Cai подозира, че отговорът се крие в комбинация от многото фактори, които оформят движението на електроните в йоносферата: протичащи химични реакции, електрически полета и духащи ветрове от височина в региона.

Изненадващо обаче, тези открития биха могли да помогнат на учените да погледнат зад завесата на йоносферата и да разберат по -добре какво движи нейните промени. Тъй като е невъзможно да се следи всеки процес със сателитен или наземен сензор, учените разчитат в голяма степен на компютърни модели за изследване на йоносферата, като например тези, които помагат на метеоролозите да предсказват времето на Земята. За да създадат тази симулация, учените кодират това, което подозират, че е основната действаща физика и сравняват прогнозата на модела с наблюдаваните данни.

Преди GOLD учените са получили тези данни от случайни транзитни спътници и ограничени наземни наблюдения. Сега GOLD дава на учените изчерпателен преглед.

Справка: „Наблюдение на радиационно усилване на OI 135,6 nm след залез слънце над Южна Америка от златната експедиция“ от 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 и Inez S. Batista, 29 декември 202 г., достъпно тук. Journal of Geophysical Research: Space Physics.
doi: 10.1029/ 2020JA028108