I processi nell’atmosfera superiore della Terra creano aree luminose di colore note come bagliore atmosferico, come si vede qui in un’immagine presa dalla Stazione Spaziale Internazionale. credito: NASA

Nuova ricerca utilizzando i dati di NASALa missione Global Extremity and Disc Observation, o GOLD, ha rivelato un comportamento inaspettato nelle distese di particelle cariche che collegano l’equatore terrestre, forse grazie alla visione globale a lungo raggio di GOLD, la prima del suo genere per questo tipo. dalla misurazione.

L’oro si trova in un’orbita geostazionaria, il che significa che orbita intorno alla Terra alla stessa velocità del pianeta e “si libra” nello stesso punto. Ciò consente a GOLD di vedere la stessa regione per i cambiamenti nel tempo attraverso la longitudine e la latitudine, cosa che la maggior parte dei satelliti che studiano l’atmosfera superiore non può fare.

“Poiché GOLD si trova su un satellite geostazionario, possiamo catturare un’evoluzione temporale bidimensionale di queste dinamiche”, ha affermato il dott. Xuguang Cai, ricercatore presso l’Osservatorio di alta quota a Boulder, in Colorado, e autore principale di un nuovo documento di ricerca.

GOLD si concentra su parti dell’atmosfera superiore della Terra che si estendono da circa 50 a 400 miglia di altezza, compreso uno strato neutro chiamato termosfera e le particelle caricate elettricamente che compongono la ionosfera. A differenza delle particelle neutre nella maggior parte dell’atmosfera terrestre, le particelle cariche nella ionosfera rispondono ai campi elettrici e magnetici che attraversano l’atmosfera e lo spazio vicino alla Terra. Ma poiché le particelle cariche e neutre sono mescolate insieme, qualcosa che colpisce una popolazione può anche influenzare un’altra.

La missione GOLD della NASA – abbreviazione di Global Observations of the Limb and Disk – ha visto un improvviso movimento asimmetrico in una delle doppie bande di particelle cariche che si formano di notte nell’atmosfera terrestre. La prospettiva unica di GOLD (a destra) ha reso possibile questa osservazione, perché altri tipi di misurazioni effettuate da strumenti a terra (a sinistra) non possono vedere i cambiamenti in mare aperto. I punti rossi mostrano il picco della banda elettronica misurato dai sensori a terra che misurano il contenuto totale di elettroni, mentre i punti neri mostrano il picco della banda elettronica misurato da GOLD. Al termine della visualizzazione, i picchi misurati appaiono in punti diversi. Credito: Science Visualization Studio della NASA

Ciò significa che la ionosfera e l’alta atmosfera sono modellate da una complessa combinazione di fattori, comprese le condizioni meteorologiche spaziali – come le tempeste geomagnetiche guidate dal sole – e il clima terrestre. Queste aree fungono anche da autostrada per molti dei nostri segnali per le comunicazioni e la navigazione. I cambiamenti nella densità e nella composizione della ionosfera possono distorcere i segnali che la attraversano, come radio e GPS.

Dal suo punto di osservazione su un satellite per comunicazioni commerciali in orbita geostazionaria, GOLD effettua osservazioni della ionosfera a livello di emisfero ogni 30 minuti circa. Questa visione senza precedenti offre agli scienziati nuove intuizioni su come sta cambiando questa regione.

movimento misterioso

Una delle caratteristiche più distintive della ionosfera notturna sono le doppie bande di particelle densamente cariche su entrambi i lati dell’equatore magnetico terrestre. Queste bande, chiamate anomalie di ionizzazione equatoriale o EIA, possono cambiare in dimensioni, forma e intensità, a seconda delle condizioni nella ionosfera.

Le bande possono anche spostare la loro posizione. Finora, gli scienziati si sono basati sui dati acquisiti dai satelliti che attraversano la regione, calcolando la media delle misurazioni per mesi per vedere come le gamme potrebbero cambiare a lungo termine. Ma i cambiamenti a breve termine sono stati più difficili da monitorare.

Prima di GOLD, gli scienziati sospettavano che qualsiasi rapido cambiamento nelle bande sarebbe stato simmetrico. Se la fascia settentrionale si sposta a nord, la fascia meridionale effettua un movimento inverso a sud. Una notte di novembre 2018, GOLD ha visto qualcosa che ha messo in discussione quell’idea: la banda meridionale di particelle si è spostata a sud, mentre la banda settentrionale è rimasta stabile, il tutto in meno di due ore.

La forma del campo magnetico terrestre (rappresentato dalle linee arancioni in questa visualizzazione dei dati) vicino all’equatore spinge le particelle cariche (blu) lontano dall’equatore, creando due bande dense a nord ea sud dell’equatore note come anomalia ionica equatoriale. Credito: Science Visualization Studio della NASA

Questa non è la prima volta che gli scienziati hanno visto le bande muoversi in questo modo, ma questo evento più breve – solo circa due ore, rispetto alle due ore più tipiche di sei-otto ore viste prima – è stato visto per la prima volta e potrebbe solo sono stati osservati prima ORO. Le note sono delineate in un documento pubblicato il 29 dicembre 2020, a Journal of Geophysical Research: Space Physics.

La deriva simmetrica di queste bande avviene a causa dell’altezza dell’aria che trascina con sé le particelle cariche. Quando cala la notte e le temperature si raffreddano, si alzano sacche di aria più calda. Le particelle cariche trasportate all’interno di queste sacche d’aria più calde sono collegate da linee di campo magnetico, e per quelle sacche vicino all’equatore magnetico terrestre, la forma del campo magnetico terrestre significa che il movimento verso l’alto spinge anche le particelle cariche orizzontalmente. Questo crea la deriva simmetrica nord-sud delle due bande di particelle cariche.

La causa esatta dell’aberrazione asimmetrica osservata da GOLD rimane un mistero, sebbene Cai sospetti che la risposta risieda in una combinazione dei molti fattori che modellano il movimento degli elettroni nella ionosfera: reazioni chimiche in corso, campi elettrici e venti d’alta quota. nella regione.

Sorprendentemente, però, questi risultati potrebbero aiutare gli scienziati a guardare dietro il sipario della ionosfera e a capire meglio cosa guida i suoi cambiamenti. Poiché è impossibile monitorare ogni processo con un satellite o un sensore terrestre, gli scienziati fanno molto affidamento su modelli informatici per studiare la ionosfera, come quelli che aiutano i meteorologi a prevedere il tempo sulla Terra. Per creare questa simulazione, gli scienziati codificano quella che sospettano essere la fisica sottostante al lavoro e confrontano la previsione del modello con i dati osservati.

Prima di GOLD, gli scienziati hanno ottenuto questi dati da satelliti in transito occasionali e da osservazioni a terra limitate. Ora, GOLD offre agli scienziati una panoramica completa.

Riferimento: “Osservation of Post-Sunset OI 135.6 nm Radiation Enhancement Over South America by the Gold Expedition” di 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 e Inez S. Batista, 29 dicembre 202, disponibile qui. Journal of Geophysical Research: Space Physics.
doi: 10.1029/ 2020JA028108