美国宇航局黄金的鸟瞰揭示了地球界面的神秘动态

地球上层大气中的气辉

地球上层大气中的过程创造了鲜艳的色彩,称为防盗,如这里所看到的来自国际空间站的图像。信用:美国宇航局

使用数据的新研究">美国国家航空航天局’s Global-scale Observations of the Limb and Disk, or GOLD, mission, has revealed unexpected behavior in the swaths of charged particles that band Earth’s equator – made possibly by GOLD’s long-term global view, the first of its kind for this type of measurement.

“黄金”处于地球同步轨道,这意味着它以与地球相同的速度绕地球运行,并“盘旋”在地球上空的同一地点。这使得GOLD能够观察同一区域在经度和纬度上随时间的变化,这是大多数研究高层大气的卫星做不到的。

“由于黄金在地静止卫星上,我们可以捕获这些动态的2D时间演变,”科罗拉多州博尔德,科罗拉多州的高空天文台和领导作者在一项新的研究论文中的一名研究员博士。

黄金侧重于地球高层大气的部分,从大楼伸展到高度约50到400英里,包括称为热圈的中性层和构成电离层的电荷粒子。与地球大部分大气中的中性颗粒不同,电离层的带电粒子通过大气和近地空空间响应电磁场和磁场。但由于充电和中性颗粒混合在一起,影响一个人口的东西也会影响另一个人口。

美国宇航局的黄金的任务

美国国家航空航天局的GOLD任务(global scale Observations of the Limb and Disk的缩写)在地球大气中夜间形成的带电粒子双带之一中发现了令人惊讶的不对称运动。戈尔德独特的视角(右图)使这一观测成为可能,因为其他类型的地面仪器测量(左图)无法看到开放水域上发生的变化。红点显示的是地面传感器测量的电子总含量的电子带的峰值,而黑点显示的是GOLD测量的电子带的峰值。在可视化接近尾声时,测量到的峰出现在不同的地方。图片来源:美国宇航局科学可视化工作室

这意味着电离层和上层大气层由一系列复杂因素而成,包括空气天气条件 - 例如由太阳和陆地天气驱动的地形风暴。这些地区也充当我们许多通信和导航信号的高速公路。电离层密度和组成的变化可以混淆通过的信号,如无线电和GPS。

从其在地球静止轨道的商业通信卫星上的VANTAGE点,黄金每30分钟就会大约每30分钟对电离层的观察。这个前所未有的鸟瞰图是将科学家提供新的见解,以如何改变该地区的变化。

神秘的运动

夜间电离层最独特的特征之一是地球磁性赤道两侧的致密电荷粒子的双带。这些带 - 称为赤道电离异常,或EIA - 可以根据电离层中的条件改变尺寸,形状和强度。

这些带还可以移动位置。到目前为止,科学家们一直依靠经过该地区的卫星捕捉到的数据,通过几个月的平均测量,来看看这些波段在长期内可能如何变化。但短期变化更难追踪。

在黄金之前,科学家们怀疑乐队中发生的任何快速变化都会是对称的。如果北部乐队向北移动,南部的乐队都会让镜子南方运动。然而,2018年11月的一天晚上,黄金看到了一些挑战这个想法的东西:南方的粒子南部南方向南漂流,而北部乐队保持稳定 - 所有稳定 - 在不到两个小时的时间内稳定。


赤道附近地球磁场的形状(在数据可视化中以橙色线表示)驱使带电粒子(蓝色)远离赤道,在赤道的南北两侧形成了两个密集的带状区域,称为赤道电离异常。图片来源:美国宇航局科学可视化工作室

This isn’t the first time scientists have seen the bands move like this, but this shorter event – only about two hours, compared to a more typical six to eight hours seen prior – was seen for the first time, and could only have been observed by GOLD. The observations are outlined in a paper published on December 29, 2020, in the地球物理研究杂志:空间物理学

这些带的对称漂移是由于上升的空气拖着带电粒子而造成的。随着夜幕降临,气温下降,温暖的空气团向上涌。在这些温暖的空气中携带的带电粒子被磁力线束缚,而对于那些靠近地球磁赤道的气团来说,地球磁场的形状意味着向上的运动也推动带电粒子水平运动。这就造成了两个带电粒子带南北方向的对称漂移。

被黄金观察到的不对称漂移的确切原因仍然是一个谜 - 虽然蔡氏嫌疑人在造成电离层中电子运动的许多因素的答案中的答案:正在进行的化学反应,电场和高空风吹过该地区。

令人惊讶的是,这些发现可以帮助科学家同行电离层的窗帘,更好地了解驱动其变化的东西。因为不可能使用卫星或地面传感器观察每个过程,因为科学家们依赖于计算机模型来研究电离层,更像是有助于气象学家预测地面天气的模型。为了创造这些模拟,科学家代码在他们怀疑的是工作中的基础物理学,并比较模型对观察数据的预测。

在黄金之前,科学家们从偶尔通过卫星和有限的地面观测结果获得数据。现在,黄金为科学家提供了鸟瞰图。

参考文献:“在黄金使命观察南美南美洲南美洲南美洲的发布型号”,艾伦G.伯恩斯,温宾王,李英q,荆柳,斯坦利C.所罗门,Richard W.Stens,Robert E.Daniell,Carlos R. Martinis,William E. McClintock和Inez S. Batista 202年12月29日,地球物理研究杂志:空间物理学
ja028108 DOI: 10.1029/2020

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