تكشف عين طائر ناسا جولد عن ديناميكيات غامضة في واجهة الأرض مع الفضاء

بحث جديد باستخدام البيانات ناساكشفت الملاحظات العالمية لشركة Limp & Disc ، أو مهمة Gold ، عن السلوك غير المتوقع للجسيمات المشحونة التي تلعب على خط استواء الأرض – ربما وجهة نظر Gold العالمية طويلة المدى ، وهي الأولى من نوعها.

الذهب في مدار ثابت بالنسبة للأرض ، مما يعني أنه “يدور” صعودًا في نفس المكان حول الأرض بنفس سرعة عودة الكوكب. يتيح لك ذلك رؤية نفس المنطقة للتغييرات بمرور الوقت عبر الذهب وخط الطول وخط العرض ، وهو أمر لا تستطيع معظم الأقمار الصناعية التي تدرس الغلاف الجوي العلوي القيام به.

قال الدكتور تشوانغ كاي ، الباحث في مركز أبحاث الارتفاع في بولدر بولاية كولورادو والمؤلف الرئيسي لورقة بحثية جديدة: “نظرًا لأن الذهب هو قمر صناعي ثابت بالنسبة إلى الأرض ، يمكننا التقاط التطور الثنائي الأبعاد لهذه الديناميكية”.

يتركز الذهب على ارتفاعات تتراوح من 50 إلى 400 ميل في بعض أجزاء الغلاف الجوي العلوي للأرض ، بما في ذلك الطبقة المحايدة التي تسمى الغلاف الحراري والجسيمات المشحونة كهربائيًا التي تتكون منها طبقة الأيونوسفير. على عكس الجسيمات المحايدة في معظم الغلاف الجوي للأرض ، تستجيب الجسيمات المشحونة للأيونوسفير للمجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تمر عبر الغلاف الجوي وبالقرب من الأرض. ولكن نظرًا لخلط الجسيمات المشحونة والمحايدة معًا ، يمكن أن يؤثر أحدهما على مجموعة سكانية واحدة والآخر.

شاهدت مهمة الذهب التابعة لوكالة ناسا – والمختصرة للملاحظات العالمية لـ Limb & Disk – حركة غير متماثلة مفاجئة في أحد النطاقات المزدوجة للجسيمات المشحونة التي تتشكل في الغلاف الجوي للأرض ليلاً. جعل المنظور الفريد لـ GOLD (يمين) هذه الملاحظة ممكنة لأن القياسات الأخرى التي تم إجراؤها من الأدوات الأرضية (على اليسار) لا يمكنها اكتشاف التغيرات في المياه المفتوحة. يتم قياس ذروة النقاط الحمراء في نطاق الإلكترون بواسطة مستشعرات أرضية تقيس محتوى الإلكترون الكلي ، بينما تُظهر النقاط السوداء ذروة نطاق الإلكترون المقاس بالذهب. في نهاية التصور ، تظهر القمم المقاسة في أماكن مختلفة. الائتمان: NASA Scientific Visual Studio

وهذا يعني أن الغلاف الجوي المتأين والغلاف الجوي العلوي يتشكلان من خلال عدد من العوامل المعقدة ، بما في ذلك الطقس الفضائي – العواصف المغناطيسية الأرضية التي تحركها الشمس – والطقس الأرضي. تعمل هذه المناطق أيضًا كطرق سريعة للعديد من إشارات الاتصال والملاحة الخاصة بنا. يمكن أن تؤدي التغييرات في كثافة وتكوين طبقة الأيونوسفير إلى إرباك الإشارات مثل الراديو ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

من النقطة الأمامية على القمر الصناعي للاتصالات التجارية في مدار ثابت بالنسبة للأرض ، يقوم Gold بعمل ملاحظات نصف كروية للمناطق الاستوائية كل 30 دقيقة. تمنح هذه النظرة غير المسبوقة للعلماء رؤى جديدة حول كيفية تغير هذه المنطقة.

حركة غامضة

تعتبر النطاقات المزدوجة للجسيمات المشحونة بكثافة على جانبي خط الاستواء المغناطيسي للأرض واحدة من أكثر السمات المميزة للغلاف الجوي المتأين في الليل. يمكن أن تختلف هذه النطاقات – المعروفة أيضًا باسم اضطراب التأين الاستوائي أو EIA – في الحجم والشكل والشدة اعتمادًا على ظروف الغلاف الجوي المتأين.

يمكن للأشرطة أيضًا تحريك موضعها. حتى الآن ، اعتمد العلماء على البيانات التي تم التقاطها بواسطة الأقمار الصناعية التي تمر عبر المنطقة ، وإجراء قياسات على مدار أشهر لمعرفة كيف يمكن أن تتغير النطاقات على المدى الطويل. لكن كان من الصعب للغاية تتبع التغييرات قصيرة المدى.

قبل GOLD ، اشتبه العلماء في أن التغييرات السريعة في النطاق ستكون متماثلة. إذا تحرك الشريط الشمالي شمالًا ، يقوم الشريط الجنوبي بعمل حركة زجاجية جنوبًا. في إحدى الليالي في نوفمبر 2018 ، رأى جولد شيئًا يتحدى هذه الفكرة: كانت الجسيمات الجنوبية تتحرك جنوبًا ، بينما كان النطاق الشمالي مستقرًا – كل ذلك في غضون ساعتين.

https://www.youtube.com/watch؟v=tQURe3GsiNs
يشكل شكل المجال المغناطيسي للأرض بالقرب من خط الاستواء (المشار إليه بالخطوط البرتقالية في عرض البيانات هذا) شريطين كثيفين شمال وجنوب خط الاستواء ، مما يدفع الجسيمات المشحونة (الزرقاء) بعيدًا عن خط الاستواء. الائتمان: NASA Scientific Visual Studio

ليست هذه هي المرة الأولى التي يرى فيها العلماء فرقًا تتحرك على هذا النحو ، ولكن هذا الحدث القصير – حوالي ساعتين فقط ، مقارنةً بالساعات المعتادة التي تتراوح من ست إلى ثماني ساعات التي شوهدت سابقًا – كان من الممكن فقط ملاحظته بواسطة GOLD. تم تحديد الملاحظات في ورقة بحثية نُشرت في 29 ديسمبر 2020 مجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء.

يحدث الانزلاق المتماثل لهذه القضبان بسبب ارتفاع الهواء الذي يسحب الجسيمات المشحونة. في الليل ومع انخفاض درجة الحرارة ، ترتفع جيوب الهواء الأكثر دفئًا. ترتبط الجسيمات المشحونة المحملة في جيوب الهواء الساخن بخطوط المجال المغناطيسي ، ويدفع شكل المجال المغناطيسي للأرض في الجيوب بالقرب من خط الاستواء المغناطيسي للأرض الجسيمات المشحونة أفقيًا لأعلى. هذا يخلق اتجاهًا متماثلًا شمالًا وجنوبيًا لنطاقي الجسيمات المشحونة.

لا يزال السبب الدقيق للانحراف غير المتماثل الذي لاحظه GOLD لغزًا – ومع ذلك يشك جاي في أن الإجابة تكمن في مجموعة من العوامل العديدة التي تشكل حركة الإلكترونات في الأيونوسفير: التفاعلات الكيميائية المستمرة والمجالات الكهربائية والرياح المرتفعة التي تهب من خلال المنطقة.

والمثير للدهشة أن هذه النتائج ستمكّن العلماء من النظر وراء ستار طبقة الأيونوسفير وفهم أسباب تغيراتها بشكل أفضل. نظرًا لأنه من غير الممكن مراقبة كل عملية باستخدام قمر صناعي أو مستشعر أرضي ، فقد اعتمد العلماء بشكل كبير على نماذج الكمبيوتر لدراسة الأيونوسفير كنماذج تساعد علماء الأرصاد الجوية على التنبؤ بالطقس على الأرض. لإنشاء هذه المحاكاة ، يشك العلماء في أنها الفيزياء الأساسية في العمل ويقارنون تنبؤات النموذج بالبيانات المرصودة.

قبل الحصول على GOLD ، حصل العلماء على تلك البيانات من الأقمار الصناعية العابرة الدورية ومن الملاحظات الأرضية المحدودة. الآن ، يقدم GOLD للعلماء نظرة شاملة.

ملاحظة: “Postenset OI 135.6 Nm Radiance Enhancement of Temerika Mission of the Gold Mission” Zhuang Kai ، Alan G. بيرنز ، وينبين وانج ، لينج تشيان ، جينج ليو ، ستانلي سي. سليمان ، ريتشارد دبليو إيستوس ، روبرت إي. دانيال ، كارلوس ر. مجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء.
دوى: 10.1029 / 2020JA028108