Het voorspellen van ruimteweer is nog uitdagender dan reguliere meteorologie. De ionosfeer - de bovenste atmosferische laag met deeltjes geladen door zonnestraling - beïnvloedt veel van de huidige vitale navigatie- en communicatiesystemen, inclusief GPS-kaartapps en vliegtuignavigatietools. Het kunnen voorspellen van de activiteit van de geladen elektronen in de ionosfeer is belangrijk om de integriteit van op satellieten gebaseerde technologieën te waarborgen.

Geo- en ruimtevaartonderzoek heeft al lang aangetoond dat bepaalde veranderingen in de atmosfeer worden veroorzaakt door de straling van de zon, via mechanismen zoals zonnewind, geomagnetische stormen, en zonnevlammen. Koppelingseffecten - of veranderingen in één atmosferische laag die andere lagen beïnvloeden - zijn meer controversieel. Discussies over de mate van verbindingen tussen de lagen, en hoe ver dergelijke koppelingseffecten reiken, en de details van processen die betrokken zijn bij deze effecten.

Een van de meer wetenschappelijk interessante grootschalige atmosferische gebeurtenissen wordt een plotselinge stratosferische opwarming (SSW) genoemd, waarin enorme golven in de troposfeer - de onderste laag van de atmosfeer waarin we leven - zich omhoog voortplanten in de stratosfeer. Deze planetaire golven worden gegenereerd door lucht die over geologische structuren zoals grote bergketens beweegt; eenmaal in de stratosfeer, ze interageren met de polaire straalstromen. Tijdens een grote SSW, De temperatuur in de stratosfeer stijgt in de loop van een paar dagen dramatisch.

SSW-geïnduceerde veranderingen in de ionosfeer werden ooit beschouwd als gebeurtenissen overdag. Een recente studie onder leiding van Larisa Goncharenko van het MIT Haystack Observatory, online beschikbaar en in het komende nummer van de Journal of Geophysical Research:Ruimtefysica , onderzocht een grote SSW uit januari 2013 en het effect ervan op de nachtelijke ionosfeer. Decennia aan gegevens van de MIT Millstone Hill geospace-faciliteit in Westford, Massachusetts; Arecibo-observatorium in Puerto Rico; en het Global Navigation Satellite System (GNSS) werd gebruikt om verschillende parameters in de ionosfeer te meten en om het effect van de SSW te scheiden van andere, bekende effecten.

De studie wees uit dat de elektronendichtheid in de nachtelijke ionosfeer dramatisch werd verminderd door de effecten van de SSW gedurende enkele dagen:er werd een significant gat gevormd dat zich over de hemisferen uitstrekte van 55 graden S tot 45 graden N. Ze maten ook een sterke neerwaartse plasmabeweging en een afname van de ionentemperatuur na de SSW.

"Goncharenko et al. laten duidelijk zien dat lagere atmosferische forcering geassocieerd met de grote meteorologische gebeurtenis, een SSW genaamd, ook de ionosfeer op lage en middelhoge breedte kan beïnvloeden, " zegt Jorge L. Chau, hoofd van de afdeling Radar Remote Sensing van het Leibniz Institute of Atmospheric Physics. "In zekere zin werd de verbinding verwacht, gezien de sterke connectiviteit tussen regio's; echter, door andere concurrerende factoren, gebrek aan juiste gegevens, en - belangrijker - gebrek aan doorzettingsvermogen om naar dergelijke nachtelijke verbindingen te zoeken, eerdere studies hebben dergelijke verbanden niet aangetoond - althans niet zo duidelijk. De nieuwe bevindingen openen nieuwe uitdagingen en kansen om het begrip van lagere atmosferische forcering in de ionosfeer te verbeteren."

Deze significante resultaten van Goncharenko en collega's worden ook vermeld als een AGU-onderzoekshoogtepunt in EOS.

Begrijpen hoe gebeurtenissen ver weg en in andere lagen van de atmosfeer de ionosfeer beïnvloeden, is een belangrijk onderdeel van ruimteweersvoorspellingen; er is extra werk nodig om de precieze mechanismen vast te stellen waarmee SSW's de nachtelijke ionosfeer en andere koppelingseffecten beïnvloeden.

"De grote uitputtingen in de nachtelijke ionosfeer die in dit onderzoek worden getoond, zijn mogelijk belangrijk voor het ruimteweer in de buurt van de aarde, omdat ze van invloed kunnen zijn op hoe de bovenste atmosfeer reageert op geomagnetische stormen en het optreden van ionosfeeronregelmatigheden kunnen beïnvloeden, " zegt Nick Pedatella, wetenschapper aan het High Altitude Observatory van het National Center for Atmospheric Research. "De waargenomen uitputtingen in de nachtelijke ionosfeer bieden een ander referentiepunt voor het testen van de betrouwbaarheid van modelsimulaties van de impact van SSW's op de ionosfeer."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.