Mata burung NASA Gold mengungkapkan dinamika misterius di antarmuka Bumi ke luar angkasa

Proses di atmosfer atas Bumi menciptakan area warna cerah yang dikenal sebagai silau atmosfer, seperti yang terlihat di sini dalam gambar yang diambil dari Stasiun Luar Angkasa Internasional. kredit: NASA

Pencarian baru menggunakan data dari NASAMisi Global Extremity and Disc Observation, atau GOLD, telah mengungkapkan perilaku tak terduga dalam hamparan partikel bermuatan yang menghubungkan khatulistiwa Bumi — mungkin berkat visi global jarak jauh GOLD, yang pertama dari jenisnya untuk jenis ini. dari pengukuran.

Emas berada dalam orbit geostasioner, yang berarti ia mengorbit Bumi dengan kecepatan yang sama dengan planet dan “melayang” di tempat yang sama. Hal ini memungkinkan EMAS untuk melihat wilayah yang sama untuk perubahan dari waktu ke waktu melintasi garis bujur dan garis lintang, sesuatu yang tidak dapat dilakukan oleh sebagian besar satelit yang mempelajari atmosfer bagian atas.

“Karena EMAS berada di satelit geostasioner, kami dapat menangkap evolusi waktu dua dimensi dari dinamika ini,” kata Dr. Xuguang Cai, peneliti di High Altitude Observatory di Boulder, Colorado, dan penulis utama makalah penelitian baru.

EMAS berfokus pada bagian atmosfer atas bumi yang membentang dari ketinggian sekitar 50 hingga 400 mil, termasuk lapisan netral yang disebut termosfer dan partikel bermuatan listrik yang membentuk ionosfer. Berbeda dengan partikel netral di sebagian besar atmosfer Bumi, partikel bermuatan di ionosfer merespons medan listrik dan magnet yang melewati atmosfer dan ruang dekat Bumi. Tetapi karena partikel bermuatan dan netral dicampur bersama, sesuatu yang mempengaruhi satu populasi juga dapat mempengaruhi yang lain.

Misi GOLD NASA – singkatan dari Observations on the Global Tip and Disk Scale – melihat gerakan asimetris tiba-tiba di salah satu pita ganda partikel bermuatan yang terbentuk di atmosfer bumi pada malam hari. Perspektif unik GOLD (di sebelah kanan) memungkinkan pengamatan ini, karena jenis pengukuran lain yang dibuat dari instrumen berbasis darat (di sebelah kiri) tidak dapat melihat perubahan di perairan terbuka. Titik merah menunjukkan puncak pita elektron yang diukur oleh sensor berbasis darat yang mengukur kandungan elektron total, sedangkan titik hitam menunjukkan puncak pita elektron yang diukur dengan EMAS. Di akhir visualisasi, puncak yang diukur muncul di tempat yang berbeda. Kredit: Studio Visualisasi Sains NASA

Ini berarti bahwa ionosfer dan atmosfer bagian atas dibentuk oleh kombinasi faktor yang kompleks, termasuk kondisi cuaca ruang angkasa — seperti badai geomagnetik yang didorong oleh matahari — dan cuaca terestrial. Area ini juga berfungsi sebagai jalan raya bagi banyak sinyal kami untuk komunikasi dan navigasi. Perubahan kepadatan dan komposisi ionosfer dapat mendistorsi sinyal yang melewatinya, seperti radio dan GPS.

Dari sudut pandangnya pada satelit komunikasi komersial di orbit geostasioner, GOLD melakukan pengamatan ionosfer tingkat belahan bumi setiap 30 menit. Pandangan yang belum pernah terjadi sebelumnya ini memberi para ilmuwan wawasan baru tentang bagaimana wilayah ini berubah.

gerakan misterius

Salah satu fitur yang paling membedakan dari ionosfer nokturnal adalah pita ganda partikel bermuatan padat di kedua sisi ekuator magnetik bumi. Pita ini – disebut anomali ionisasi ekuatorial, atau EIA – dapat berubah dalam ukuran, bentuk, dan intensitas, tergantung pada kondisi di ionosfer.

Band juga dapat memindahkan posisinya. Sejauh ini, para ilmuwan mengandalkan data yang ditangkap oleh satelit yang melewati wilayah tersebut, dengan rata-rata pengukuran selama berbulan-bulan untuk melihat bagaimana rentang dapat berubah dalam jangka panjang. Tetapi perubahan jangka pendek lebih sulit dilacak.

Sebelum EMAS, para ilmuwan menduga bahwa setiap perubahan cepat pada pita akan menjadi simetris. Jika band utara bergerak ke utara, maka band selatan membuat gerakan sebaliknya ke selatan. Suatu malam di bulan November 2018, GOLD melihat sesuatu yang menantang gagasan itu: pita partikel selatan melayang ke selatan, sementara pita utara tetap stabil — semuanya dalam waktu kurang dari dua jam.

Bentuk medan magnet bumi (diwakili oleh garis oranye dalam visualisasi data ini) di dekat ekuator mendorong partikel bermuatan (biru) menjauh dari ekuator, menciptakan dua pita padat di utara dan selatan ekuator yang dikenal sebagai anomali ion ekuator. Kredit: Studio Visualisasi Sains NASA

Ini bukan pertama kalinya para ilmuwan melihat pita bergerak dengan cara ini, tetapi peristiwa yang lebih pendek ini — hanya sekitar dua jam, dibandingkan dengan dua jam yang biasanya enam hingga delapan jam yang terlihat sebelumnya — pertama kali terlihat, dan bisa hanya telah diamati sebelumnya. Catatan tersebut dituangkan dalam sebuah makalah yang diterbitkan pada 29 Desember 2020, di Jurnal Penelitian Geofisika: Fisika Luar Angkasa.

Pergeseran simetris dari pita-pita ini terjadi karena ketinggian udara yang menarik partikel bermuatan dengannya. Saat malam tiba dan suhu mendingin, kantong udara yang lebih hangat naik. Partikel bermuatan yang dibawa dalam kantong udara yang lebih hangat ini dihubungkan oleh garis medan magnet, dan untuk kantong yang dekat dengan ekuator magnet bumi, bentuk medan magnet bumi berarti bahwa gerakan ke atas juga mendorong partikel bermuatan secara horizontal. Ini menciptakan penyimpangan utara-selatan yang simetris dari dua pita partikel bermuatan.

Penyebab pasti dari aberasi asimetris yang diamati oleh EMAS tetap menjadi misteri — meskipun Cai menduga bahwa jawabannya terletak pada kombinasi dari banyak faktor yang membentuk pergerakan elektron di ionosfer: reaksi kimia yang sedang berlangsung, medan listrik, dan angin yang bertiup di ketinggian. di wilayah tersebut.

Namun yang mengejutkan, temuan ini dapat membantu para ilmuwan melihat di balik tirai ionosfer dan lebih memahami apa yang mendorong perubahannya. Karena tidak mungkin untuk memantau setiap proses dengan satelit atau sensor berbasis darat, para ilmuwan sangat bergantung pada model komputer untuk mempelajari ionosfer, seperti yang membantu ahli meteorologi memprediksi cuaca di Bumi. Untuk membuat simulasi ini, para ilmuwan mengkode apa yang mereka curigai sebagai fisika yang mendasarinya bekerja dan membandingkan prediksi model dengan data yang diamati.

Sebelum GOLD, para ilmuwan memperoleh data ini dari satelit transit sesekali dan pengamatan darat terbatas. Sekarang, EMAS memberikan gambaran yang komprehensif kepada para ilmuwan.

Referensi: “Pengamatan Peningkatan Radiasi OI Pasca-Matahari Terbenam 135,6 nm Di Atas Amerika Selatan oleh Ekspedisi Emas” oleh Xuguang Cai, Alan G. Burns, Wenbin Wang, Liying Qian, Jing Liu, Stanley C. Solomon, Richard W. Eastes, Robert E. Danielle, Carlos R. Martins, William E. McClintock, dan Inez S. Batista, 29 Desember 202, Tersedia di sini. Jurnal Penelitian Geofisika: Fisika Luar Angkasa.
doi: 10.1029/ 2020JA028108