عين طائر ناسا جولد تكشف عن ديناميكيات غامضة في واجهة الأرض للفضاء

تخلق العمليات في الغلاف الجوي العلوي للأرض مساحات لونية مشرقة تعرف باسم الوهج الجوي ، كما يظهر هنا في صورة مأخوذة من محطة الفضاء الدولية. الائتمان: ناسا

بحث جديد باستخدام بيانات من ناساكشفت مهمة المراقبة العالمية للأطراف والقرص ، أو GOLD ، عن سلوك غير متوقع في مساحات من الجسيمات المشحونة التي تربط خط الاستواء للأرض – والتي ربما تكون بفضل الرؤية العالمية طويلة المدى لـ GOLD ، وهي الأولى من نوعها لهذا النوع. من القياس.

الذهب في مدار ثابت بالنسبة للأرض ، مما يعني أنه يدور حول الأرض بنفس السرعة التي يدور بها الكوكب و “يحوم” فوق نفس البقعة. يسمح هذا لـ GOLD بمشاهدة نفس المنطقة للتغيرات بمرور الوقت عبر خطوط الطول والعرض ، وهو أمر لا تستطيع معظم الأقمار الصناعية التي تدرس الغلاف الجوي العلوي القيام به.

قال الدكتور Xuguang Cai ، الباحث في مرصد High Altitude في بولدر ، كولورادو ، والمؤلف الرئيسي لورقة بحثية جديدة: “نظرًا لأن GOLD على قمر صناعي ثابت بالنسبة للأرض ، يمكننا التقاط تطور زمني ثنائي الأبعاد لهذه الديناميكيات”.

يركز GOLD على أجزاء من الغلاف الجوي العلوي للأرض تمتد من حوالي 50 إلى 400 ميل في الارتفاع ، بما في ذلك طبقة محايدة تسمى الغلاف الحراري والجسيمات المشحونة كهربائيًا التي تشكل طبقة الأيونوسفير. على عكس الجسيمات المحايدة في معظم الغلاف الجوي للأرض ، تستجيب الجسيمات المشحونة في الأيونوسفير للمجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تمر عبر الغلاف الجوي والفضاء القريب من الأرض. ولكن نظرًا لخلط الجسيمات المشحونة والمحايدة معًا ، فإن الشيء الذي يؤثر على مجموعة سكانية واحدة يمكن أن يؤثر أيضًا على الآخر.

شهدت مهمة GOLD التابعة لوكالة ناسا – وهي اختصار للملاحظات على النطاق العالمي للطرف والقرص – حركة غير متماثلة مفاجئة في أحد النطاقات المزدوجة من الجسيمات المشحونة التي تتشكل في الغلاف الجوي للأرض ليلاً. جعل منظور GOLD الفريد (على اليمين) هذه الملاحظة ممكنة ، لأن الأنواع الأخرى من القياسات التي تم إجراؤها من الأدوات الأرضية (على اليسار) لا يمكنها رؤية التغييرات التي تحدث فوق المياه المفتوحة. تُظهر النقاط الحمراء ذروة نطاق الإلكترون كما تم قياسه بواسطة المستشعرات الأرضية التي تقيس محتوى الإلكترون الكلي ، بينما تُظهر النقاط السوداء ذروة نطاق الإلكترون المقاسة بواسطة GOLD. في نهاية التصور ، تظهر القمم المقاسة في أماكن مختلفة. الائتمان: استوديو التصور العلمي التابع لناسا

وهذا يعني أن الغلاف الجوي المتأين والغلاف الجوي العلوي يتشكلان من خلال مجموعة من العوامل المعقدة ، بما في ذلك ظروف الطقس الفضائي – مثل العواصف المغنطيسية الأرضية التي تحركها الشمس – والطقس الأرضي. تعمل هذه المناطق أيضًا كطريق سريع للعديد من إشاراتنا للاتصالات والملاحة. يمكن أن تؤدي التغييرات في كثافة الأيونوسفير وتكوينه إلى تشويش الإشارات التي تمر عبرها ، مثل الراديو ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

من موقعه المتميز على قمر صناعي للاتصالات التجارية في مدار ثابت بالنسبة للأرض ، يقوم GOLD بعمل ملاحظات على مستوى نصف الكرة الأرضية للأيونوسفير كل 30 دقيقة تقريبًا. تمنح هذه النظرة غير المسبوقة العلماء رؤى جديدة حول كيفية تغير هذه المنطقة.

حركة غامضة

من أكثر السمات المميزة للغلاف الأيوني الليلي نطاقي مزدوج من الجسيمات المشحونة الكثيفة على جانبي خط الاستواء المغناطيسي للأرض. هذه النطاقات – تسمى شذوذ التأين الاستوائي ، أو EIA – يمكن أن تتغير في الحجم والشكل والشدة ، اعتمادًا على الظروف في الغلاف الجوي المتأين.

يمكن للعصابات أيضًا تحريك موضعها. حتى الآن ، اعتمد العلماء على البيانات التي تم التقاطها بواسطة الأقمار الصناعية التي تمر عبر المنطقة ، بمتوسط ​​القياسات على مدار أشهر لمعرفة كيف يمكن أن تتغير النطاقات على المدى الطويل. لكن التغييرات قصيرة المدى كانت أكثر صعوبة في تتبعها.

قبل GOLD ، اشتبه العلماء في أن أي تغييرات سريعة تحدث في العصابات ستكون متماثلة. إذا تحرك النطاق الشمالي شمالًا ، فإن الشريط الجنوبي يقوم بحركة معكوسة جنوباً. في إحدى الليالي في نوفمبر 2018 ، رأى GOLD شيئًا يتحدى هذه الفكرة: انجرف النطاق الجنوبي من الجسيمات جنوبًا ، بينما ظل النطاق الشمالي ثابتًا – كل ذلك في أقل من ساعتين.

https://www.youtube.com/watch؟v=tQURe3GsiNs
يؤدي شكل المجال المغناطيسي للأرض (الذي يمثله الخطوط البرتقالية في تصور البيانات هذا) بالقرب من خط الاستواء إلى دفع الجسيمات المشحونة (الزرقاء) بعيدًا عن خط الاستواء ، مما يؤدي إلى إنشاء نطاقين كثيفين شمال وجنوب خط الاستواء يُعرفان باسم شذوذ التأين الاستوائي. الائتمان: استوديو التصور العلمي التابع لناسا

ليست هذه هي المرة الأولى التي يرى فيها العلماء العصابات تتحرك على هذا النحو ، ولكن هذا الحدث الأقصر – حوالي ساعتين فقط ، مقارنةً بساعتين نموذجية أكثر من ست إلى ثماني ساعات شوهد قبل ذلك – شوهد لأول مرة ، وكان من الممكن فقط أن يكون لوحظ من قبل GOLD. تم تحديد الملاحظات في ورقة نُشرت في 29 ديسمبر 2020 ، في مجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء.

يحدث الانجراف المتماثل لهذه العصابات بسبب ارتفاع الهواء الذي يسحب الجسيمات المشحونة معه. مع حلول الليل وتبرد درجات الحرارة ، ترتفع جيوب الهواء الأكثر دفئًا. الجسيمات المشحونة المحمولة داخل هذه الجيوب الهوائية الأكثر دفئًا مرتبطة بخطوط المجال المغناطيسي ، وبالنسبة لتلك الجيوب القريبة من خط الاستواء المغناطيسي للأرض ، فإن شكل المجال المغناطيسي للأرض يعني أن الحركة الصاعدة تدفع أيضًا الجسيمات المشحونة أفقيًا. هذا يخلق الانجراف المتماثل شمالًا وجنوبيًا لنطاقي الجسيمات المشحونة.

لا يزال السبب الدقيق للانحراف غير المتماثل الذي لاحظه GOLD لغزا – على الرغم من أن Cai يشتبه في أن الإجابة تكمن في مجموعة من العوامل العديدة التي تشكل حركة الإلكترونات في الأيونوسفير: التفاعلات الكيميائية المستمرة والمجالات الكهربائية والرياح عالية الارتفاع تهب في المنطقة.

على الرغم من المفاجأة ، يمكن لهذه النتائج أن تساعد العلماء على النظر وراء ستارة الأيونوسفير وفهم أفضل لما يحرك تغييراته. نظرًا لأنه من المستحيل مراقبة كل عملية باستخدام قمر صناعي أو مستشعر أرضي ، يعتمد العلماء بشكل كبير على نماذج الكمبيوتر لدراسة الأيونوسفير ، مثل النماذج التي تساعد علماء الأرصاد الجوية على التنبؤ بالطقس على الأرض. لإنشاء هذه المحاكاة ، يقوم العلماء بترميز ما يشتبهون في أنه الفيزياء الأساسية في العمل ومقارنة تنبؤ النموذج بالبيانات المرصودة.

قبل GOLD ، حصل العلماء على هذه البيانات من الأقمار الصناعية العابرة من حين لآخر ومن الملاحظات الأرضية المحدودة. الآن ، يمنح GOLD العلماء نظرة شاملة.

المرجع: “ملاحظة ما بعد غروب الشمس OI 135.6 نانومتر تعزيز الإشعاع فوق أمريكا الجنوبية من قبل بعثة الذهب” بقلم Xuguang Cai ، Alan G. Burns ، Wenbin Wang ، Liying Qian ، Jing Liu ، Stanley C. Solomon ، Richard W. Eastes ، Robert E. دانييل وكارلوس آر مارتينيس وويليام إي مكلينتوك وإنيز س باتيستا ، 29 ديسمبر ، 202 ، مجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء.
دوى: 10.1029 / 2020JA028108