Wetenschap
Nieuwe sensoren van ruimtewetenschappers werpen de schijnwerpers op onderzoeken naar de zon en de aarde
Kleine, goedkope sensoren die zijn ontwikkeld door ruimtewetenschappers van de Universiteit van Texas in Dallas om de bovenste atmosfeer van de aarde te bestuderen, leverden onlangs (en onverwacht) informatie op over de zon, iets waarvoor de apparaten niet waren ontworpen.
De apparaten, ionosferische scintillatiemonitors of ScintPi-sensoren genoemd, zullen opnieuw in de schijnwerpers staan wanneer onderzoekers van de UT Dallas ze inzetten om gegevens te verzamelen tijdens de totale zonsverduistering van 8 april en deze beschikbaar te maken voor burgerwetenschappelijke projecten.
"De ScintPi-sensoren ontvangen radiosignalen van satellieten, vergelijkbaar met de GPS-ontvangers in mobiele telefoons", zegt Dr. Fabiano Rodrigues, universitair hoofddocent natuurkunde en Fellow, Eugene McDermott Distinguished Professor aan de School of Natural Sciences and Mathematics aan de UT Dallas.
P>"Ze kunnen eenvoudig worden geïmplementeerd en onderhouden en kosten ons ongeveer $600 om te bouwen, wat veel minder is dan commerciële versies die tussen $10.000 en $15.000 kosten."
Hoewel ScintPi-sensoren niet bedoeld zijn om commerciële monitoren volledig te vervangen, kunnen ze in veel educatieve en wetenschappelijke toepassingen worden gebruikt, aldus Rodrigues.
Radiosignalen die worden uitgewisseld tussen de apparaten op de grond en satellieten, reizen door een gebied in de atmosfeer van de aarde dat de ionosfeer wordt genoemd. Zonnestraling creëert de ionosfeer door elektronen van atmosferische atomen te strippen, wat resulteert in een schil van geladen deeltjes, of ionen, rond de aarde.
Verstoringen en turbulentie in de ionosfeer kunnen de radiocommunicatie en de kwaliteit van GPS-radiosignalen beïnvloeden. Een beter begrip van de dynamiek van de regio en de factoren die daarop van invloed zijn, helpt wetenschappers modellen te ontwikkelen om de variabiliteit nauwkeuriger te voorspellen.
"Aan de daglichtzijde van de aarde, wanneer er de meeste zonnestraling is, is er meer ionosfeer - een grotere dichtheid aan elektronen. 's Nachts neemt de dichtheid van elektronen af en is er minder ionosfeer", zegt Rodrigues, die een verscheidenheid aan apparatuur op de grond om de ionosfeer te bestuderen.
Als onderdeel van zijn afstudeerstudie ontwikkelde Jozefmaria Gómez Sócola, een doctoraalstudent elektrotechniek aan de Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science, de ScintPi-sensoren zodat wetenschappers en burgerwetenschappers over de hele wereld gegevens over de ionendichtheid konden verzamelen. De tijd die radiosignalen nodig hebben om van en naar satellieten te reizen, wordt gebruikt om de ionendichtheid in het gebied boven de locatie van een sensor te bepalen. Het onderzoek is gepubliceerd in het Journal of Space Weather and Space Climate .
De sensoren zijn ingezet op 23 locaties op het westelijk halfrond, waaronder Brazilië, Honduras, Peru, Puerto Rico, Costa Rica, 12 Amerikaanse staten en IJsland, zodat wetenschappers de ionosfeer op lage, gemiddelde en hoge breedtegraden kunnen bestuderen. P>
Zonnewetenschap
Isaac Wright BS, een promovendus in de natuurkunde, analyseerde de gegevens van de sensoren die in 2022 waren verzameld en merkte op 28 augustus 2022 iets ongewoons op. De gegevens lieten een korte verslechtering van de radiosignalen zien, maar de oorzaak was geen verstoring in de ionosfeer.
De onderzoekers stelden vast dat het signaal werd beïnvloed door ruis als gevolg van een korte toename van het niveau van radiosignalen met een bepaalde frequentie afkomstig van de zon. De radiouitbarsting op zonne-energie (SRB) duurde ongeveer 30 minuten.
"Dit was niet wat we zochten", zei Wright. “Onze sensoren zijn ontworpen om de ionosfeer te bestuderen, niet om gebeurtenissen op de zon; niettemin hebben we een radio-uitbarsting op de zon gedetecteerd, wat aantoont dat goedkope sensoren zoals de onze kunnen worden gebruikt voor onderzoek dat verder gaat dan alleen de ionosfeer. We hebben aangetoond dat we kunnen kwantificeren hoeveel zonne-radio-uitbarstingen en ionosferische verstoringen signalen zoals GPS beïnvloeden."
Er zijn slechts enkele radio-uitbarstingen op zonne-energie gerapporteerd op de frequentieband die door GPS wordt gebruikt.
"Deze gebeurtenis was interessant omdat deze werd gedetecteerd op de frequentie die wordt gebruikt door ons netwerk van GPS-ontvangers", zei Rodrigues. "En het zou kunnen zijn gemist:een van de belangrijkste radiotelescopen op de grond die SRB's detecteert en rapporteert, was op deze dag niet operationeel."
Experiment met zonsverduistering
"Onze experimentele opstelling voor de totale zonsverduistering van 8 april heeft twee doelen:het vergroten van de kennis over de ionosfeer van de aarde en het creëren van nieuwe datasets die de effecten van verduisteringen op de ionosfeer kwantificeren", zegt Rodrigues, die leiding geeft aan het Upper Atmosphere Remote Sensing Lab in het William B. Hanson Centrum voor Ruimtewetenschappen.
Sensoren langs het pad van de zonsverduistering verzamelen gegevens van locaties die een gedeeltelijke zonsverduistering zullen meemaken in New Hampshire, Pennsylvania en Illinois, evenals bij UT Dallas, dat zich op het pad van de totaliteit bevindt.
Gegevens van de UTD-sensor worden weergegeven op een website die de concentratie van elektronen in de ionosfeer gedurende 48 uur vastlegt en in kaart brengt. Rodrigues is van plan om de bijna realtime lay-out van elektronen op een groot scherm op de campus te projecteren om kijkers de veranderingen in de ionosfeer tijdens de totale zonsverduistering te laten zien.
Tijdens de ringvormige zonsverduistering van 14 oktober 2023, die rond het middaguur boven een groot deel van Texas plaatsvond, maten ScintPi-sensoren de dip in de elektronenconcentratie in de ionosfeer, omdat de straling van de zon gedeeltelijk werd geblokkeerd door de maan en de foto-ionisatie afnam. Na de zonsverduistering ging deze weer omhoog toen de zonnestraling weer normaal werd.
"Tijdens de totale zonsverduistering verwachten we dat er een nog grotere daling in de ionosferische concentratie nabij Dallas zal zijn, omdat we ons op het pad van de totaliteit bevinden, en de aarde veel minder straling van de zon zal ontvangen", aldus Rodrigues.
"We hebben modellen van de ionosfeer, maar we willen weten hoe goed deze modellen overeenkomen met onze waarnemingen. Het onderzoek dat we doen aan de UT Dallas en de metingen die we doen, kunnen helpen deze modellen te verifiëren en te verfijnen."