Naukowcy od pewnego czasu wiedzą, że ziemska atmosfera traci kilkaset ton tlenu każdego dnia. Rozumieją, jak dochodzi do utraty tlenu po nocnej stronie Ziemi, ale nie są pewni, jak to się dzieje po stronie dnia. Wiedzą jednak jedno; zdarzają się podczas zorzy polarnej.
Według informacji prasowej z Obserwatorium Ziemi NASA, żadne dwa zdarzenia wypływu tlenu nie są dokładnie takie same, co sprawia, że ich zrozumienie jest wyzwaniem. Nazywają wydarzenia „fontannami gazu”, które uciekają z Ziemi podczas działalności zorzy, a Obserwatorium Ziemi ma misję, której celem jest ich zrozumienie.
Misja jest częścią programu NASA Earth Observatory o nazwie VISIONS-2 (Wizualizacja odpływu jonów poprzez neutralne wykrywanie atomów-2) i wymaga pewnych warunków. Akcja rozgrywa się w Ny Alesund, Svalbard w Norwegii. To najbardziej wysunięta na północ cywilna osada na świecie. Ma port bez lodu przez cały rok i nowoczesną instalację rakietową. W zimową noc nie ma też słońca, które przeszkadzałoby w badaniu zorzy polarnej.
Ale jest coś jeszcze, co sprawia, że jest to idealne ustawienie do misji VISIONS-2. Każdego ranka Ny Alesund przechodzi pod słabym punktem bańki magnetycznej Ziemi. Słaby punkt jest jak lejek, który kieruje gwałtowny wiatr słoneczny do naszej górnej atmosfery. Powoduje to pokazy zorzy i zagazowuje gazy naszej atmosfery do próżni kosmicznej w fontannie zorzy.
Niedawno naukowcy z VISIONS-2 wystrzelili dwie brzmiące rakiety w celu zbadania utraty tlenu podczas zórz polarnych. Rakiety meteorologiczne to małe, celowane rakiety, które można szybko uruchomić. W tym przypadku dwie rakiety zostały załadowane kamerami i innymi instrumentami i przygotowane do startu.
Zespół startowy musi być bardzo cierpliwy. Ale oczywiście mają technologię po swojej stronie. Nie muszą czekać, aż zobaczą zorzę polarną, z wyprzedzeniem zauważyli zorzę dzięki satelicie DSCOVR (Deep Space Climate Observatory).
DSCOVR to obserwatorium wiatru słonecznego NOAA. Siedzi w punkcie LaGrange między Ziemią a Słońcem i informuje zespół VISIONS-2, kiedy wiatr słoneczny jest wystarczająco silny i zorientował właściwy sposób, aby spowodować zorze polarne. W najlepszym razie zespół dostaje około godziny ostrzeżenia.
Nawet z zaawansowanym ostrzeżeniem zespół jest ostrożny. Jeśli wiatr słoneczny okaże się zbyt słaby, zmarnują start. Jeśli ziemskie warunki wiatrowe w ziemskiej atmosferze są zbyt silne, to też stanowi problem. Rakiety są niekierowane, więc należy je skierować przed startem, aby uwzględnić wiatry. Na szczęście zespół ma do dyspozycji inne narzędzie, balony meteorologiczne uruchamiane co 30 minut, w razie potrzeby, w celu przetestowania wiatru.
„Mieliśmy tak niesamowite doświadczenie budując te bardzo złożone i zdolne ładunki…” - Doug Rowland, główny śledczy NASA Goddard Space Flight Center.
Rakiety wystawiono w Ny-Ålesund, Svalbard (Norwegia), a badacze czekali na zorzę polarną przed wystrzeleniem pary. 7 grudnia 2018 r. Naukowcy wystrzelili dwie rakiety podczas zorzy polarnej. Poniższe zdjęcie przedstawia długą ekspozycję rakiet, która rejestruje oba wystrzelenia, mimo że nastąpiły one w odstępie kilku minut.
W misji wykorzystano parę rakiet, aby w każdej z nich można było użyć różnych instrumentów. Niektóre instrumenty wymagały platformy obrotowej, a inne nie. Para rakiet wystrzelonych z kilkuminutową przerwą pozwoliła również na odczyt podobnych instrumentów w miarę upływu czasu. Powyższe zdjęcie pokazuje pierwsze etapy zapłonu i wypalenia dwóch rakiet, gdy wysłano ich na misję badania utraty tlenu w ziemskiej atmosferze.
„Mieliśmy tak niesamowite doświadczenie budując te bardzo złożone i zdolne ładunki, integrując je i testując w Wallops, a następnie wprowadzając na pole” - powiedział Doug Rowland, główny badacz misji i fizyk kosmiczny w NASA Goddard Space Flight Center. „Premiera była bardzo emocjonalnym momentem, tym bardziej, gdy zobaczyliśmy, że wszystkie instrumenty działały dobrze, a warunki nauki były dobre”.
Po uruchomieniu rakieta ma dziesięć minut na wykonanie swojej pracy w nastrojowej fontannie. Kamery do neutralnego obrazowania atomów budują obraz fontanny od wewnątrz i na zewnątrz. Kamera zorzowa dokumentuje samą zorzę polarną, jej temperaturę, intensywność i wysokość. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, zespół badawczy jest nagradzany „ścianą nauki”.
Wydanie z 7 grudnia wydaje się być udane. Wczesne spojrzenie na dane pokazuje, że instrumenty działały poprawnie i zwróciły zamierzone dane. „Myślę, że widzieliśmy„ atmosferyczną fontannę ”, powiedział Rowland. Dane nadal muszą być analizowane i skalowane, „ale możemy mieć na to dowody z wielu perspektyw”.
Ziemia jest oczywiście dynamiczną, żywą, aktywną planetą. Dużo się tu dzieje. Projekt VISIONS-2 ma na celu nie tylko pomóc nam lepiej zrozumieć naszą planetę, ale także inne planety. Które planety nadają się do zamieszkania? Dlaczego niektórzy są tak opustoszali? W jaki sposób planeta taka jak Mars, która kiedyś miała atmosferę, straciła ją?
Atmosfera ziemska nie zniknie w najbliższym czasie. W każdym razie, dopóki słońce nie stanie się czerwonym olbrzymem za około 5 miliardów lat. W tym odległym momencie rozszerzające się Słońce ugotuje naszą atmosferę jak nic. To koniec.
Ilość tlenu (i wodoru) utraconego z ziemskiej atmosfery podczas tych zorzy jest maleńka. Kilkaset ton dziennie może wydawać się dużo, ale tak nie jest. W każdym razie fotosynteza pomaga przywrócić tlen. Wciąż jest to ważny element układanki, który pozwala zrozumieć, jak działają rzeczy i jakie są szczegóły relacji między Ziemią a jej gwiazdą.
- Informacja prasowa: W kierunku mapowania ucieczki atmosfery z Ziemi
- Notatki Obserwatorium Ziemi z Pola: Zasadzka na Aurorę
- DSCOVR: Deep Space Climate Observatory
- Cornell University Ask and Astronomer: Ile meteorytów uderza w Ziemię każdego roku?
