Procesy zachodzące w górnej atmosferze Ziemi powodują powstawanie tzw. poświat niebieskich, co widać na zdjęciu wykonanym z pokładu ISS

Dynamika ziemskiej jonosfery uchwycona w oku misji GOLD

Misja GOLD pozwala NASA na wgląd w górne warstwy ziemskiej atmosfery, w tym jonosferę, czyli strefę oddziałującą z przestrzenią kosmiczną. Teraz naukowcom udało się zdobyć kolejne informacje ukazujące dynamikę naszej planety.

Nowe wyniki należącej do NASA misji Global-scale Observations of the Limb and Disk (GOLD) ujawniły nietypowe zachowanie strumieni naładowanych cząstek na równiku Ziemi. Odkrycie to pozwoli na lepsze zrozumienie zjawisk zachodzących w ziemskiej atmosferze.

Oko na górne warstwy atmosfery

Satelita GOLD znajduje się na orbicie geostacjonarnej, która zapewnia mu stałą pozycję nad wybranym punktem równika Ziemi. Orbita geostacjonarna to orbita kołowa, na wysokości 35 786 km nad równikiem. Dzięki takiej lokalizacji, GOLD może stale obserwować ten sam obszar pod kątem zmian w czasie, czego nie potrafi większość satelitów badających górne warstwy atmosfery.

Ponieważ GOLD znajduje się na orbicie geostacjonarnej, możemy uchwycić dwuwymiarową ewolucję czasową tej dynamiki. Satelita obserwuje jonosferę całych półkul co ok. 30 minut (na zmianę).

dr Xuguang Cai z High Altitude Observatory w Boulder, Colorado, główny autor badań

GOLD bada górne warstwy ziemskiej atmosfery, w zakresie ok. 80 do 650 km nad powierzchnią planety. Obserwuje termosferę, czyli zewnętrzną warstwę atmosfery Ziemi pełną neutralnych cząstek, w której dochodzi do absorpcji promieniowania – przez fakt, że znajdujące się tam gazy są bardzo rozrzedzone, może być ona uznawana za część przestrzeni kosmicznej. Satelita bada także jonosferę, która zawiera duże ilości plazmy i naładowane jony, reagujące na pole elektryczne oraz magnetyczne. Neutralne cząstki z termosfery i naładowane z jonosfery stale się mieszają, co można obserwować dzięki satelicie GOLD.

Satelita GOLD

Na warunki panujące w górnych rejonach naszej planety wpływa wiele złożonych czynników, ale najbardziej pogody – zarówno ziemska, jak i kosmiczna. Warto wspomnieć choćby o rozbłyskach słonecznych i koronalnych wyrzutach masy, do których dochodzi na naszej gwieździe. Warto zaznaczyć, że zmiany w składzie jonosfery mogą zakłócać przechodzące przez nią sygnały, zarówno radiowe, jak i GPS.

Skąd asymetria pasm jonosfery?

Jedną z najbardziej niezwykłych cech jonosfery są bliźniacze pasma naładowanych cząstek występujących po obu stronach ziemskiego równika – tzw. jonizacyjna anomalia równikowa (Equatorial Ionization Anomaly, EIA). Pasma te mogą zmieniać swój rozmiar i kształt w zależności od warunków panujących w jonosferze. Mogą one również nieznacznie zmieniać swoje położenie. Do tej pory naukowcy nie byli w stanie wychwycić krótkoterminowych zmian w EIA, ale dzięki GOLD jest to możliwe.

Do tej pory naukowcy podejrzewali, że wszelkie zmiany, które zachodzą w EIA są symetryczne – jeżeli pasmo północne przesuwa się ku biegunowi, to lustrzany ruch obserwujemy w przypadku pasma południowego. GOLD zaobserwował jednak coś, co podważa ten pomysł: południowe pasmo cząstek dryfuje na południe, podczas gdy północne nie zmienia się, a wszystko to w czasie krótszym niż dwie godziny.

Nie był to pierwszy raz, gdy naukowcy dostrzegli takie zmiany, ale pierwszy zaobserwowany w tak krótkim czasie (w porównaniu do typowych 6-8 godzin). Wyniki obserwacji przedstawiono w Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Symetryczne ruchy pasm spowodowane są unoszeniem się powietrza, które ciągnie za sobą naładowane cząstki. Gdy zapada noc i temperatura się obniża, cieplejsze komórki powietrza unoszą się ku górze – są one związane liniami pola magnetycznego. To powoduje symetryczne dryfowanie dwóch pasm naładowanych cząstek w kierunku północnym i południowym.

Nie wiadomo, skąd asymetria zaobserwowana przez GOLD. Przyczyna jest na pewno złożona i to wynik kombinacji wielu czynników, kształtujących ruch elektronów w jonosferze. Ponieważ zjawisko asymetrycznego EIA nie jest możliwe do obserwacji przez każdego satelitę lub naziemny detektor, konieczne są symulacje komputerowe do badania jonosfery, podobnie jak modele pomagające meteorologom przewidywać pogodę.