Радиосигнал плазменной волны из параллельного магнитного поля. Эта анимация показывает явление вращения Фарадея черным цветом. Сетка в конце пути распространения — это антенна, а черная линия показывает, как на нее проецируется плоскость поляризации радиосигнала. Фото: Э. Дженсен/PSI
Новые методы измерения позволят улучшить измерения ионосферы Земли, что является ключом к изучению и уменьшению воздействия космической погоды.
Радиосигналы используются для изучения плотности плазмы с 1920-х годов. К источникам передающего радиосигнала относятся наземные ионозонды (специальный радар для исследования ионосферы), астрономические явления, такие как пульсары, а в последнее время сигналы космических аппаратов, используемые для передачи данных.
Например, радиосигналы спутников глобального позиционирования (GPS) используются для измерения плотности ионосферы Земли. Однако реакция радиосигнала на ионосферную плазму сложнее, чем просто изменение в зависимости от плотности. Магнитное поле Земли также влияет на колебания ее электромагнитных волн.
Например, вращение Фарадея — хорошо известное явление, как показано на изображении выше. Но в качестве метода измерения магнитного поля фарадеевское вращение ограничивается только той частью, которая ориентирована в правильном направлении. Новое открытие дополняет вращение Фарадея, позволяя полностью измерить силу магнитного поля.
«Мы обнаружили, что магнитное поле вносит шум в радиосигналы. Непосредственным результатом этой работы является улучшение измерений ионосферы Земли. Кроме того, все обсуждаемые неблагоприятные условия об опасностях космической погоды в конечном итоге обусловлены земным Ионосфера реагирует на солнечную плазму», — сказала Элизабет Дженсен, научный сотрудник Института планетарных наук.
Дженсен — ведущий автор статьи «Охота за измерениями перпендикулярного магнитного поля в плазме», опубликованной в «Астрофизическом журнале». «Благодаря уменьшению ошибок в сигналах GPS от горизонта и расширению зоны покрытия до полюсов проблемы с потерями качества связи немедленно решаются».
Влияние перпендикулярного магнитного поля плазмы на распространение радиосигнала показано на изображении выше. «Мы обнаружили, как улучшить связь между Землей и космическим кораблем; как измерить силу магнитного поля в космической плазме, что является важным результатом для улучшения прогнозов космической погоды; и как получить измерения магнитного поля на основе некоторых старых архивных данных космического корабля. — сказал Дженсен. «Это связано с нашим прорывным открытием о том, как изолировать вклад магнитного поля, перпендикулярного пути сигнала в радиоданных».
В предсказании космической погоды, физике, лежащей в основе дестабилизации ионосферы солнечной плазмой, доминируют температура, скорость, плотность и магнитное поле плазмы, приходящей от Солнца. Самый большой источник ошибок в этих моделях космической погоды связан с отсутствием измерений магнитного поля в промежуточном пространстве между Солнцем и Землей. Улучшение нашей способности прогнозировать космическую погоду посредством улучшенных измерений магнитного поля позволяет снизить затраты, связанные с этими неблагоприятными условиями.
«Здесь, на Земле, мы в первую очередь озабочены космической погодой. Космическая погода представляет собой реакцию областей плазмы Земли на плазму, выделяемую Солнцем. Неблагоприятные условия в результате этого взаимодействия включают повреждение спутников, облучение персонала не только на космической станции, но и на космических станциях. при полетах вблизи полюсов, плохая связь из-за потери точности сигнала, влияющая на самолеты и другое GPS-зависимое оборудование, например, беспилотные транспортные средства, а также повреждение такого оборудования, как линии электропередачи или подводные кабели», — сказал Дженсен.
Информация от: Институтом планетарных наук.
