Nieuw onderzoek met behulp van gegevens van NASA's Global-scale Observations of the Limb and Disk, of GOUD, missie, heeft onverwacht gedrag onthuld in de zwaden van geladen deeltjes die de evenaar van de aarde omringen - mogelijk gemaakt door GOLD's langetermijnvisie op de wereld, de eerste in zijn soort voor dit soort metingen.

GOUD bevindt zich in een geostationaire baan, wat betekent dat het rond de aarde draait in hetzelfde tempo als de planeet draait en "zweeft" over dezelfde plek boven ons. Hierdoor kan GOLD hetzelfde gebied in de gaten houden voor veranderingen in de tijd over lengte- en breedtegraad, iets dat de meeste satellieten die de bovenste atmosfeer bestuderen niet kunnen doen.

"Aangezien GOLD zich op een geostationaire satelliet bevindt, we kunnen 2D-tijdsevolutie van deze dynamiek vastleggen, " zei Dr. Xuguang Cai, een onderzoeker bij het High Altitude Observatory in Boulder, Colorado, en hoofdauteur van een nieuw onderzoekspaper.

GOLD richt zich op delen van de bovenste atmosfeer van de aarde die zich uitstrekken van ongeveer 50 tot 400 mijl in hoogte, inclusief een neutrale laag genaamd de thermosfeer en de elektrisch geladen deeltjes waaruit de ionosfeer bestaat. In tegenstelling tot de neutrale deeltjes in het grootste deel van de atmosfeer van de aarde, de geladen deeltjes van de ionosfeer reageren op de elektrische en magnetische velden die door de atmosfeer en de nabije aarde gaan. Maar omdat de geladen en neutrale deeltjes met elkaar vermengd zijn, iets dat de ene populatie beïnvloedt, kan ook de andere beïnvloeden.

Dit betekent dat de ionosfeer en de bovenste atmosfeer worden gevormd door een groot aantal complexe factoren, inclusief ruimteweersomstandigheden, zoals geomagnetische stormen, aangedreven door de zon - en het aardse weer. Deze regio's fungeren ook als snelweg voor veel van onze communicatie- en navigatiesignalen. Veranderingen in de dichtheid en samenstelling van de ionosfeer kunnen de signalen die erdoor gaan verwarren, zoals radio en gps.

Vanuit zijn uitkijkpunt op een commerciële communicatiesatelliet in een geostationaire baan, GOLD maakt ongeveer elke 30 minuten halfrond waarnemingen van de ionosfeer. Dit ongekende vogelperspectief geeft wetenschappers nieuwe inzichten in hoe deze regio verandert.

Mysterieuze beweging

Een van de meest onderscheidende kenmerken van de nachtelijke ionosfeer zijn dubbele banden van dichte geladen deeltjes aan weerszijden van de magnetische evenaar van de aarde. Deze banden, de equatoriale ionisatie-anomalie, of EIA—kan in grootte veranderen, vorm, en intensiteit, afhankelijk van de omstandigheden in de ionosfeer.

De banden kunnen ook van positie veranderen. Tot nu, wetenschappers hebben vertrouwd op gegevens die zijn vastgelegd door satellieten die door de regio gaan, gemiddelde metingen over maanden om te zien hoe de banden op de lange termijn kunnen verschuiven. Maar veranderingen op korte termijn waren moeilijker te volgen.

Voor GOUD, wetenschappers vermoedden dat eventuele snelle veranderingen in de banden symmetrisch zouden zijn. Als de noordelijke band naar het noorden beweegt, de zuidelijke band maakt een spiegelbeweging naar het zuiden. Op een nacht in november 2018, Hoewel, GOLD zag iets dat dit idee in twijfel trok:de zuidelijke band van deeltjes dreef naar het zuiden, terwijl de noordelijke band stabiel bleef - alles in minder dan twee uur.

Dit is niet de eerste keer dat wetenschappers de bands zo zien bewegen, maar deze kortere gebeurtenis - slechts ongeveer twee uur, vergeleken met een meer typische zes tot acht uur eerder gezien - voor het eerst werd gezien, en kon alleen door GOUD zijn waargenomen. De observaties worden uiteengezet in een paper gepubliceerd op 29 december, 2020, in de Journal of Geophysical Research:Ruimtefysica .

Het symmetrisch afdrijven van deze banden wordt veroorzaakt door opstijgende lucht die geladen deeltjes meesleurt. Als de avond valt en de temperaturen afkoelen, warmere luchtbellen stijgen naar boven. De geladen deeltjes die in deze warmere luchtzakken worden vervoerd, zijn gebonden door magnetische veldlijnen, en voor die holtes in de buurt van de magnetische evenaar van de aarde betekent de vorm van het magnetische veld van de aarde dat opwaartse beweging de geladen deeltjes ook horizontaal duwt. Dit creëert de symmetrische noordwaartse en zuidwaartse drift van de twee geladen deeltjesbanden.

De exacte oorzaak van de asymmetrische drift die door GOLD wordt waargenomen, is nog steeds een mysterie, hoewel Cai vermoedt dat het antwoord ligt in een combinatie van de vele factoren die de beweging van elektronen in de ionosfeer bepalen:voortdurende chemische reacties, elektrische velden, en wind op grote hoogte die door de regio waait.

Hoewel verrassend, deze bevindingen kunnen wetenschappers helpen om achter het gordijn van de ionosfeer te kijken en beter te begrijpen wat de veranderingen drijft. Omdat het onmogelijk is om elk proces te observeren met een satelliet- of grondsensor, wetenschappers zijn sterk afhankelijk van computermodellen om de ionosfeer te bestuderen, net als modellen die meteorologen helpen het weer op de grond te voorspellen. Om deze simulaties te maken, wetenschappers coderen in wat zij vermoeden dat de onderliggende fysica aan het werk is en vergelijken de voorspelling van het model met waargenomen gegevens.

Voor GOUD, wetenschappers kregen die gegevens van af en toe passerende satellieten en beperkte waarnemingen op de grond. Nutsvoorzieningen, GOUD geeft wetenschappers een vogelperspectief.