Gęsta warstwa cząsteczek i naładowanych elektrycznie cząstek, zwana jonosferą, wisi w górnej atmosferze Ziemi, zaczynając od około 35 mil (60 kilometrów) nad powierzchnią planety i rozciągając się na odległość ponad 620 mil (1000 km). Promieniowanie słoneczne pochodzące z góry buforuje cząsteczki zawieszone w warstwie atmosferycznej. Sygnały radiowe z dołu odbijają jonosferę z powrotem do instrumentów na ziemi. Tam, gdzie jonosfera nakłada się z polami magnetycznymi, niebo wybucha w świetnych światłach, które są niewiarygodne.
Gdzie jest jonosfera?
Kilka wyraźnych warstw tworzy atmosferę Ziemi, w tym mezosferę, która zaczyna się 31 mil (50 km) i termosferę, która zaczyna się 53 mil (85 km). Jonosfera składa się z trzech części mezosfery i termosfery, oznaczonych warstwami D, E i F, zgodnie z Centrum Edukacji Naukowej UCAR.
Ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe i promieniowanie rentgenowskie ze Słońca bombardują górne obszary atmosfery, uderzając w atomy i cząsteczki znajdujące się w tych warstwach. Silne promieniowanie usuwa z cząstek ujemnie naładowane elektrony, zmieniając ładunek elektryczny tych cząstek. Powstała chmura wolnych elektronów i naładowanych cząstek, zwanych jonami, doprowadziła do nazwy „jonosfera”. Zjonizowany gaz lub plazma miesza się z gęstszą, neutralną atmosferą.
Stężenie jonów w jonosferze zmienia się w zależności od ilości promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi. Jonosfera gęstnieje z naładowanymi cząsteczkami w ciągu dnia, ale gęstość ta maleje w nocy, gdy naładowane cząstki rekombinują z przemieszczonymi elektronami. Według NASA całe warstwy jonosfery pojawiają się i znikają podczas tego codziennego cyklu. Promieniowanie słoneczne również zmienia się w ciągu 11 lat, co oznacza, że słońce może emitować mniej lub więcej promieniowania w zależności od roku.
Wybuchowe rozbłyski słoneczne i podmuchy wiatru słonecznego wywołują nagłe zmiany w jonosferze, łącząc się z wiatrami na dużych wysokościach i systemami pogodowymi wiejącymi na Ziemi poniżej.
Rozświetl niebo
Gorąca powierzchnia Słońca wyrzuca strumienie wysoko naładowanych cząstek, które są znane jako wiatr słoneczny. Według Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla NASA wiatr słoneczny leci w kosmosie z prędkością około 25 mil (40 km) na sekundę. Po osiągnięciu ziemskiego pola magnetycznego i jonosfery poniżej wiatry słoneczne rozpoczęły barwną reakcję chemiczną na nocnym niebie zwaną zorzą.
Kiedy wiatry słoneczne biczują Ziemię, planeta pozostaje osłonięta za swoim polem magnetycznym, znanym również jako magnetosfera. Generowana przez ubijanie stopionego żelaza w jądro Ziemi, magnetosfera wysyła promieniowanie słoneczne w kierunku jednego z biegunów. Tam naładowane cząstki zderzają się z chemikaliami wirującymi w jonosferze, generując zorzę.
Naukowcy odkryli, że własne pole magnetyczne Słońca ściska słabsze Ziemię, przesuwając zorze polarne w stronę nocnej strony planety, jak donosi Popular Mechanics.
Według National Geographic w pobliżu kół Arktyki i Antarktydy zorza co noc przemierza niebo po niebie. Kolorowe zasłony światła, zwane odpowiednio zorzą polarną i zorzą polarną, zwisają około 620 mil (1000 km) nad powierzchnią Ziemi. Zorza świeci zielono-żółto, gdy jony uderzają w cząsteczki tlenu w dolnej jonosferze. Czerwonawe światło często kwitnie na brzegach zorzy, a na nocnym niebie pojawiają się purpurowe i niebieskie odcienie, choć zdarza się to rzadko.
„Przyczyna zorzy polarnej jest nieco znana, ale nie do końca rozwiązana”, powiedział Toshi Nishimura, geofizyk z Boston University. „Na przykład to, co powoduje określony typ koloru zorzy polarnej, taki jak fioletowy, wciąż pozostaje tajemnicą”.
Kim jest Steve?
Oprócz zorzy, jonosfera jest także gospodarzem innych imponujących pokazów świetlnych.
W 2016 r. Obywatele-naukowcy zauważyli szczególnie przyciągające wzrok zjawiska, które naukowcy starali się wyjaśnić, jak donosi wcześniej Space.com, siostrzana strona Space.com. Jasne rzeki białego i różowawego światła przepływały przez Kanadę, która jest bardziej na południe niż większość zorzy. Czasami do miksu dołączały szczyty zieleni. Tajemnicze światła zostały nazwane Steve w hołdzie filmowi animowanemu „Over the Hedge”, a później zostały przemianowane jako „Strong Heat Emission Velocity Enhancement” - nadal STEVE w skrócie.
„Badaliśmy zorzę polarną od setek lat i nie mogliśmy i wciąż nie potrafimy wyjaśnić, czym jest Steve” - powiedział Gareth Perry, naukowiec zajmujący się pogodą kosmiczną w New Jersey Institute of Technology. „Jest to interesujące, ponieważ jego emisje i właściwości nie przypominają niczego innego, co obserwujemy, przynajmniej z optyką, w jonosferze”.
Według badania przeprowadzonego w 2019 r. W czasopiśmie Geophysical Research Letters zielone smugi w STEVE mogą rozwijać się podobnie do formowania się tradycyjnych zorzy, gdy naładowane cząstki padają na atmosferę. Jednak w STEVE rzeka światła wydaje się świecić, gdy cząstki w jonosferze zderzają się i wytwarzają między sobą ciepło.
Komunikacja i nawigacja
Chociaż reakcje w jonosferze malują niebo wspaniałymi barwami, mogą również zakłócać sygnały radiowe, zakłócać systemy nawigacyjne, a czasem powodować powszechne zaniki zasilania.
Jonosfera odbija transmisje radiowe poniżej 10 megaherców, pozwalając wojsku, liniom lotniczym i naukowcom łączyć systemy radarowe i komunikacyjne na duże odległości. Systemy te działają najlepiej, gdy jonosfera jest gładka, jak lustro, ale mogą być zakłócone przez nieregularności w plazmie. Transmisje GPS przechodzą przez jonosferę i dlatego mają te same słabości.
„Podczas dużych burz geomagnetycznych lub zdarzeń pogodowych w przestrzeni kosmicznej prądy mogą indukować inne prądy w ziemi, sieci elektryczne, rurociągi itp. I siać spustoszenie” - powiedział Perry. Jedna z takich burz słonecznych spowodowała słynne zaciemnienie Quebecu w 1989 r. „Trzydzieści lat później nasze systemy elektryczne są nadal podatne na takie zdarzenia”.
Naukowcy badają jonosferę za pomocą radarów, kamer, instrumentów satelitarnych i modeli komputerowych, aby lepiej zrozumieć dynamikę fizyczną i chemiczną regionu. Uzbrojeni w tę wiedzę, mają nadzieję lepiej przewidywać zakłócenia w jonosferze i zapobiegać problemom, które mogą powodować na ziemi poniżej.
