Далеко выше поверхности Земли, в незначительной верхней атмосфере, море частиц, которые были разделены на положительные и отрицательные ионы резким ультрафиолетовым излучением солнца. Названный ионосферой, это – интерфейс Земли, чтобы сделать интервалы, область, где нейтральная атмосфера Земли и земная погода уступают космическому пространству, которое доминирует над большей частью остальной части вселенной – окружающая среда, которая принимает заряженные частицы и сложную систему электрических и магнитных полей. Ионосфера и сформирована волнами от атмосферы ниже и исключительно отзывчивая к изменяющимся условиям в космосе, передав такую космическую погоду в заметные, Эффективные при земле явления – создание авроры, разрушение коммуникационных сигналов и иногда порождение спутниковых проблем.Многие из этих эффектов не хорошо поняты, оставив ионосферу, по большей части, область тайны.
Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, Мэриленд, Католическом университете Америки в Вашингтоне, округ Колумбия, Колорадском университете в Боулдере, и Калифорнийском университете, Беркли, представили новые результаты на ионосфере на осенней встрече американского Геофизического Союза 14 декабря 2016 в Сан-Франциско.Один исследователь объяснил, как взаимодействие между ионосферой и другим слоем в атмосфере, термосфере, противодействует нагреванию в термосфере – нагревание, которое приводит к расширению верхней атмосферы, которая может вызвать преждевременный орбитальный распад.
Другой исследователь описал, как энергия вне ионосферы накапливается, пока это не освобождается от обязательств – мало чем отличающийся от молнии – предложение объяснения того, как энергия от космической погоды пересекает в ионосферу. Третий ученый обсудил две предстоящих миссии НАСА, которые обеспечат ключевые наблюдения за этим регионом, помогая нам лучше понять, как ионосфера реагирует и на космическую погоду и на земную погоду.Изменения в ионосфере, прежде всего, стимулирует деятельность солнца. Хотя это может казаться неизменным нам на земле, наше солнце – на самом деле, очень динамическая, активная звезда.
Наблюдение солнца в ультрафиолетовых длинах волны света от пространства – выше нашей блокирующей ультрафиолетовый свет атмосферы – показывает постоянную деятельность, включая вспышки света, частицы и магнитные поля.Иногда, солнце выпускает огромные облака частиц и магнитных полей, которые взрываются из солнца на уровне больше чем миллиона миль в час. Их называют изгнаниями массы кроны или CMEs.
То, когда CME достигает Земли, ее вложенные магнитные поля могут взаимодействовать с естественным магнитным полем Земли – назвало магнитосферу – иногда сжатие его или даже то, чтобы заставлять части его перестроить.Именно эта перестройка передает энергию в атмосферную систему Земли, выделяя цепную реакцию изменения электрических и магнитных полей, которые могут послать частицы, уже пойманные в ловушку около Земли, несущейся во всех направлениях.
Эти частицы могут тогда создать одно из самых распознаваемых и внушающих страх событий космической погоды – аврора, иначе известная как Северное сияние.Но передача энергии в атмосферу не всегда так безвредна. Это может также нагреть верхнюю атмосферу – где орбита спутников низкой Земли – то, чтобы заставлять его расшириться как монгольфьер.«Это нарастающее средство есть больше материала на больших высотах, чем мы иначе ожидали бы», сказал Делоурс Нипп, специалист в области космических исследований из Колорадского университета в Боулдере. «Тот дополнительный материал может тормозить спутники, разрушая их орбиты и делая их тяжелее, чтобы отследить».
Это явление называют спутниковым сопротивлением. Новое исследование показывает, что это понимание ответа верхней атмосферы на солнечные бури – и получающегося спутникового сопротивления – может не всегда сохраняться.
«Наше основное понимание было то, что геомагнитные штормы помещают энергию в Земную систему, которая приводит к опухоли термосферы, которая может сбросить спутники на нижние орбиты», сказал Нипп, ведущий исследователь на этих новых результатах. «Но это не всегда имеет место».Иногда, энергия от солнечных бурь может вызвать химическую реакцию, которая производит комплекс, названный азотной окисью в верхней атмосфере. Азотные окисные действия как охлаждающийся агент на очень больших высотах, продвигая энергетическую потерю для пространства, таким образом, значительное увеличение этого комплекса может вызвать явление, названное переохлаждением.
«Переохлаждение заставляет атмосферу быстро терять энергию от геомагнитного шторма, намного более быстрого, чем ожидаемый», сказал Нипп. «Это похоже на термостат для верхней атмосферы, застрявшей на ‘прохладном’ урегулировании».Та быстрая потеря энергии противодействует предыдущему расширению, заставление верхней атмосферы разрушиться отступает – иногда к еще меньшему государству, чем это началось в, оставив спутники, едущие через регионы более низкой плотности, чем ожидаемый.Новый анализ Knipp и ее командой классифицирует типы штормов, которые, вероятно, приведут к этому переохлаждению и быстрому верхнему краху атмосферы.
Сравнивая более чем десятилетие измерений от спутников Министерства обороны и Термосферы НАСА, Ионосферы, Энергетики Мезосферы и Динамики, или РАССЧИТАННЫЙ, миссия, исследователи смогли определить образцы в энергии, перемещающейся всюду по верхней атмосфере.«Переохлаждение, скорее всего, произойдет, когда очень быстро и магнитно организованное извержение от солнца испугают магнитное поле Земли», сказал Нипп. «Медленные облака или плохо организованные облака просто не имеют того же самого эффекта».
Это означает, что, парадоксально, самые энергичные солнечные бури, вероятно, обеспечат чистое охлаждение и сокращение эффекта на верхнюю атмосферу, вместо того, чтобы нагреть и расширить его, как был ранее понят.Конкуренция с этим процессом охлаждения – нагревание который вызванный энергией солнечной бури, превращающей ее путь в атмосферу Земли. Хотя ученые знали, что энергия солнечного ветра в конечном счете достигает ионосферы, они поняли мало о том, где, когда и как эта передача происходит.
Новые наблюдения показывают, что процесс локализован и импульсивен, и частично зависящий от государства самой ионосферы.Традиционно, ученые думали, что способ, которым энергия перемещается всюду по магнитосфере и атмосфере Земли, определен особенностями поступающих частиц и магнитными полями солнечного ветра – например, долгий, непрекращающийся поток солнечных частиц оказал бы различные влияния, чем более быстрый, менее последовательный поток. Однако новые данные показывают, что способ, которым перемещается энергия, намного более тесно связан с механизмами, которыми связаны магнитосфера и ионосфера.«Энергетический процесс переноса оказывается очень похожим на способ, которым молния формируется во время грозы», сказал Боб Робинсон, специалист в области космических исследований из НАСА Годдар и Католический университет Америки.
Во время грозы наращивание электрической разности потенциалов – названный напряжением – между облаком и землей приводит к внезапному, сильному выбросу той электроэнергии в форме молнии. Этот выброс может только произойти, если есть электрически проводящий путь между облаком и землей, названной лидером.Точно так же солнечный ветер, ударяющий магнитосферу, может создать разность потенциалов между различными областями ионосферы и магнитосферы.
Электрические токи могут сформироваться между этими регионами, создав путь проведения, необходимый для той составной электроэнергии освободиться от обязательств в ионосферу как своего рода молния.«Земная молния берет несколько миллисекунд, чтобы произойти, в то время как эта ионосфера магнитосферы ‘молния’ длится в течение нескольких часов – и сумма переданной энергии является сотнями к тысячам больше времен», сказал Робинсон, ведущий исследователь на этих новых результатах. Эти результаты основаны на данных из глобального Иридиевого созвездия спутниковой связи.Поскольку солнечные бури увеличивают электрические токи, которые позволяют этой молнии ионосферы магнитосферы произойти, этот тип энергетической передачи намного более вероятен, когда магнитное поле Земли толкает солнечное событие.
Огромная энергетическая передача от этой молнии ионосферы магнитосферы связана с нагреванием ионосферы и верхней атмосферы, а также увеличила аврору.Ожидание
Хотя ученые делают успехи в понимании ключевых процессов, которые стимулируют изменения в ионосфере и, в свою очередь, на Земле, есть все еще очень, чтобы быть понятым. В 2017 НАСА начинает две миссии исследовать этот динамический регион: Ионосферный Исследователь Связи, или СИМВОЛ и Глобальные Наблюдения за Конечностью и Диском или ЗОЛОТОМ.«Ионосфера не только реагирует на энергию, введенную солнечными бурями», сказал Скотт Энглэнд, специалист в области космических исследований из Калифорнийского университета, Беркли, кто работает и над СИМВОЛОМ и над ЗОЛОТЫМИ миссиями. «Земная погода, как ураганы и образцы ветра, может сформировать атмосферу и ионосферу, изменившись, как они реагируют на космическую погоду».
СИМВОЛ одновременно измерит особенности заряженных частиц в ионосфере и нейтральных частиц в атмосфере – включая сформированных земной погодой – чтобы понять, как они взаимодействуют. ЗОЛОТО проведет многие из тех же самых измерений, но с геостационарной орбиты, которая высказывает глобальное мнение того, как ионосфера изменяется.И СИМВОЛ и ЗОЛОТО используют в своих интересах явление, названное свечением неба – свет, излучаемый газом, который взволнован или ионизирован солнечным излучением – чтобы изучить ионосферу.
Измеряя свет от свечения неба, ученые могут отследить изменяющийся состав, плотность, и даже температуру частиц в ионосфере и нейтральной атмосфере.Положение СИМВОЛА на 350 миль выше Земли позволит ему изучить атмосферу в профиле, давая ученым беспрецедентный взгляд на государство ионосферы в диапазоне высот. Между тем положение ЗОЛОТА на 22 000 миль выше Земли даст ему шанс отследить изменения в ионосфере, поскольку они двигаются по всему миру, подобный тому, как метеорологический спутник отслеживает шторм.
«Мы будем использовать эти две миссии вместе, чтобы понять, как динамические погодные системы отражены в верхней атмосфере, и как эти изменения влияют на ионосферу», заявила Англия.