GOLD раскрывает динамику границы раздела Земли с космосом

Новое исследование с использованием данных миссии НАСА GOLD (Global-scale Observations of the Limb and Disk – Глобальные наблюдения за лимбом и диском)  выявило неожиданное поведение в полосах заряженных частиц, окружающих экватор Земли.

GOLD находится на геостационарной орбите, что означает, что спутник вращается вокруг Земли с той же скоростью, что и планета, и «парит» над той же точкой над головой. Это позволяет GOLD наблюдать за изменениями в одной и той же области с течением времени по долготе и широте, чего не может сделать большинство спутников, изучающих верхние слои атмосферы.

«Поскольку GOLD находится на геостационарном спутнике, мы можем зафиксировать двухмерную временную эволюцию этой динамики», – сказал доктор Сюгуанг Цай, исследователь из высокогорной обсерватории в Боулдере, штат Колорадо, и ведущий автор новой исследовательской работы.

GOLD раскрывает динамику границы раздела Земли с космосом

В фокусе GOLD

GOLD фокусируется на частях верхних слоев атмосферы Земли, простирающихся от 80 до 600 км в высоту, включая нейтральный слой, называемый термосферой, и электрически заряженные частицы, составляющие ионосферу. В отличие от нейтральных частиц в большей части атмосферы Земли, заряженные частицы ионосферы реагируют на электрические и магнитные поля, пронизывающие атмосферу и околоземное пространство. Но поскольку заряженные и нейтральные частицы смешаны вместе, то, что влияет на одну популяцию, может влиять и на другую.

Это означает, что ионосфера и верхние слои атмосферы формируются множеством сложных факторов, включая условия космической погоды, такие как геомагнитные бури, вызванные Солнцем, и земную погоду. Эти регионы также служат магистралью для многих наших коммуникационных и навигационных сигналов. Изменения плотности и состава ионосферы могут запутать проходящие сигналы, такие как радио и GPS.

Со своего выгодного положения на коммерческом спутнике связи на геостационарной орбите GOLD проводит наблюдения ионосферы в масштабах всего полушария примерно каждые 30 минут. Этот беспрецедентный вид с высоты птичьего полета дает ученым новое представление о том, как меняется этот регион.

Таинственное движение

Одной из самых отличительных особенностей ночной ионосферы являются двойные полосы плотных заряженных частиц по обе стороны от магнитного экватора Земли. Эти полосы, называемые экваториальной ионизационной аномалией или EIA, могут изменяться по размеру, форме и интенсивности в зависимости от условий в ионосфере.

Полосы также могут перемещать положение. До сих пор ученые полагались на данные, полученные со спутников, проходящих через регион, усредняя измерения за несколько месяцев, чтобы увидеть, как полосы могут измениться в долгосрочной перспективе. Но краткосрочные изменения отследить труднее.

До GOLD ученые подозревали, что любые быстрые изменения, происходящие в полосах, будут симметричными. Если северная полоса движется на север, южная полоса делает зеркальное движение на юг. Однако однажды ночью в ноябре 2018 года GOLD увидело нечто, что поставило под сомнение эту идею: южная полоса частиц сместилась на юг, в то время как северная полоса осталась неизменной – и все это менее чем за два часа.

Side-by-side views show twin data sets of electrons in Earth's upper atmosphere. In the data from NASA's GOLD mission, the electron peak moves south, which is not seen in the total electron content data.
Миссия НАСА GOLD зафиксировала удивительное асимметричное движение в одной из двойных полос заряженных частиц, которые формируются в атмосфере Земли ночью. Уникальная перспектива GOLD (справа) сделала это наблюдение возможным, поскольку другие типы измерений, выполненные с помощью наземных инструментов (слева), не могут увидеть изменений, которые происходят в открытой воде. Красные точки показывают пик электронной полосы, измеренной наземными датчиками, которые измеряют общее содержание электронов, а черные точки показывают пик электронной полосы, измеренной GOLD. Ближе к концу визуализации измеренные пики появляются в разных местах. Источник: Студия научной визуализации НАСА.

Это не первый раз, когда ученые наблюдают такое движение полос, но это более короткое событие – всего около двух часов по сравнению с более типичными шестью-восемью часами, наблюдавшимися ранее, – было замечено впервые, и его можно было только увидеть при помощи GOLD. Наблюдения изложены в статье, опубликованной 29 декабря 2020 года в Journal of Geophysical Research: Space Physics .

Симметричный дрейф

Симметричный дрейф этих полос вызван восходящим потоком воздуха, который увлекает за собой заряженные частицы. С наступлением ночи и похолоданием теплые воздушные карманы поднимаются вверх. Заряженные частицы, переносимые в этих более теплых воздушных карманах, связаны линиями магнитного поля, и для этих карманов около магнитного экватора Земли форма магнитного поля Земли означает, что восходящее движение также толкает заряженные частицы по горизонтали. Это создает симметричный дрейф двух полос заряженных частиц на север и юг.

Точная причина асимметричного дрейфа, наблюдаемого GOLD, до сих пор остается загадкой – хотя Кай подозревает, что ответ кроется в некоторой комбинации многих факторов, которые формируют движение электронов в ионосфере: текущие химические реакции, электрические поля и высокогорные ветры. дует по региону.

Заглянуть за занавес ионосферы

Эти удивительные открытия могут помочь ученым заглянуть за занавес ионосферы и лучше понять, что движет ее изменениями. Поскольку невозможно наблюдать за каждым процессом с помощью спутникового или наземного датчика, ученые в значительной степени полагаются на компьютерные модели для изучения ионосферы, подобно моделям, которые помогают метеорологам предсказывать погоду на земле. Чтобы создать такое моделирование, ученые кодируют то, что, как они подозревают, является лежащей в основе физикой работы, и сравнивают предсказание модели с наблюдаемыми данными.

До GOLD ученые получали эти данные от случайных пролетающих спутников и ограниченных наземных наблюдений. Теперь GOLD дает ученым возможность взглянуть с высоты птичьего полета.

Читайте больше новостей о NASA

Читайте обзоры:

-->