Метеористые душевые пики персидс в середине августа. Подобные метеоры могут осадить металлы в ионосферу Земли, которые могут помочь создать облачные структуры, называемые слоями спорадики. Кредит: НАСА/Престон Дайч
НАСА запускает ракеты с отдаленного острова Тихого океана, чтобы изучить таинственные, высотные облачные структуры, которые могут нарушать критические системы связи. Миссия, называемая Sporadic-E Electrodynamics или Seed, открывает свое трехнедельное окно запуска от атолла Кваджалеина на островах Маршалл в пятницу, 13 июня.
Атмосферные особенности изучают семена, известны как слои спорадики, и они создают множество проблем для радиосвязи. Когда они присутствуют, контроллеры воздушного движения и пользователи морского радио могут забрать сигналы из необычайно отдаленных регионов, принимая их за близлежащие источники. Военные операторы, использующие радар, чтобы увидеть за горизонтом, могут обнаружить ложные цели — поработные «призраки» — или получать искаженные сигналы, которые сложно расшифровать. Слои Sporadic-E постоянно формируются, движутся и рассеивают, поэтому эти нарушения могут быть трудно предвидеть.
Слои спорадики образуются в ионосфере, слое атмосферы Земли, который простирается от 40 до 600 миль (от 60 до 1000 километров) над уровнем моря. Дом на международной космической станции и большинстве спутников, оправданных земли, ионосфера также находится в том числе, где мы видим наибольшее воздействие космической погоды. В первую очередь, движимая солнцем, космическая погода вызывает множество проблем для нашей связи со спутниками и между наземными системами. Лучшее понимание ионосферы является ключом к хранению критической инфраструктуры плавно.
Ионосфера названа в честь заряженных частиц или ионов, которые проживают там. Некоторые из этих ионов поступают из метеоров, которые сжигают в атмосфере и оставляют следы ионизированного железа, магния, кальция, натрия и калия, подвешенными в небе. Эти «тяжелые металлы» являются более массивными, чем типичные жители ионосферы, и имеют тенденцию опускаться до более низких высот, ниже 90 миль (140 километров). Иногда они объединяются вместе, чтобы создать плотные кластеры, известные как слои спорадики.
«These Sporadic-E layers are not visible to naked eye, and can only be seen by radars. In the radar plots, some layers appear like patchy and puffy clouds, while others spread out, similar to an overcast sky, which we call blanketing Sporadic-E layer» said Aroh Barjatya, the SEED mission's principal investigator and a professor of engineering physics at Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Флорида. В состав команды SEED включают ученых из Embry-Riddle, Бостонского колледжа в Массачусетсе и Университет Клемсона в Южной Каролине.
«Существует большой интерес в прогнозировании этих слоев и понимании их динамики из -за того, как они мешают коммуникациям», — сказал Барджатя.
Тайна в экваторе
Ученые могут объяснить слои спорадики-E, когда они образуются в средних условиях, но не когда они появляются близко к экватору Земли, например, около атолла Кваджалеина, где будет запущена начальная миссия.
В северных и южных полушариях слои спорадики-E можно рассматривать как пробок частиц.
Подумайте об ионах в атмосфере, как миниатюрные автомобили, путешествующие по одному файлу в полосах, определяемые линиями магнитного поля Земли. Эти дорожки соединяют землю конец к концу — развиваясь возле Южного полюса, кланяются вокруг экватора и погружаясь в Северный полюс.
В средних условиях Земли линии поля углая к земле, спускаясь через атмосферные слои с различными скоростями ветра и направлениями. Когда ионы проходят через эти слои, они испытывают сдвиг ветра — турбилентные порывы, которые заставляют их упорядоченную линию объединяться. Эти частицы образуют слои спорадики.
Но возле магнитного экватора это объяснение не работает. Там линии магнитного поля Земли находятся параллельно поверхности и не пересекают атмосферные слои с разными ветрами, поэтому слои спорадики не должны образовываться. Тем не менее, они делают — хотя реже.
«Мы запускаем из ближайшего места NASA CAN MAGNETIC EQUATOR, — сказал Барджатя, — чтобы изучить физику, которую существующая теория не полностью объясняет».
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
Взятие в небо
Чтобы исследовать, у Barjatya разработали семена для изучения низкослойных спорадических слоев и внутри. Миссия опирается на звучание ракетов — пробужденных суборбитальных космических кораблей, несущих научные инструменты. Их рейсы длятся всего несколько минут, но могут быть запущены именно на мимолетных целях.
Начиная с 13 июня, Барджатя и его команда будут контролировать Altair (ARPA Long Drange Tracking и Radar Radar), мощную наземную радиолокационную систему на месте запуска, для признаков разработки слоев спорадика-E. Когда условия будут правильными, Барджатя даст команду запуска. Через несколько минут ракета будет в полете.
При подъеме ракета выпустит красочные паровые трассировки. Наземные камеры будут отслеживать трассеры для измерения рисунков ветра в трех измерениях. Оказавшись внутри слоя Sporadic-E, ракета будет развернуть четыре подплаты-детекторы, которые будут измерять плотность частиц и силу магнитного поля в нескольких точках. Данные будут переданы обратно на землю, когда ракета спускается.
В другую ночь во время запуска команда запустит вторую, почти идентичную ракету для сбора дополнительных данных в потенциально различных условиях.
Барджатя и его команда будут использовать данные для улучшения компьютерных моделей ионосферы, стремясь объяснить, как слои Sporadic-E образуются так близко к экватору.
«Слои Sporadic-E являются частью гораздо более крупной, более сложной физической системы, в которой проживает космические активы, на которые мы полагаемся каждый день»,-сказал Барджатя. «Этот запуск приближает нас к пониманию другого ключевого элемента интерфейса Земли к космосу».
