10 Dinge, die man über die Ionosphäre wissen sollte
Sie ist die Heimat aller geladenen Teilchen in der Erdatmosphäre
Die Ionosphäre der Erde überlagert den oberen Teil der Atmosphäre und den Anfang des Weltraums. Die Sonne kocht dort Gase, bis sie ein oder zwei Elektronen verlieren, wodurch ein Meer elektrisch geladener Teilchen entsteht.
Die Ionosphäre ist der Bereich, in dem die Erdatmosphäre auf den Weltraum trifft
Die Ionosphäre erstreckt sich etwa 50 bis 400 Meilen über der Erdoberfläche, direkt am Rand des Weltraums. Zusammen mit der neutralen oberen Atmosphäre bildet die Ionosphäre die Grenze zwischen der unteren Atmosphäre der Erde – wo wir leben und atmen – und dem Vakuum des Weltraums.
Sie verändert sich – manchmal unvorhersehbar
Die Ionosphäre verändert sich ständig. Weil sie entsteht, wenn Teilchen durch die Energie der Sonne ionisiert werden, wechselt die Ionosphäre von der Tagseite der Erde zur Nachtseite. Wenn es Nacht wird, dünnt die Ionosphäre aus, da sich zuvor ionisierte Teilchen entspannen und wieder zu neutralen Teilchen rekombinieren. Aber es gibt auch unvorhersehbare Veränderungen, die durch Faktoren sowohl von der Erde unten als auch vom Weltraum oben verursacht werden und es schwer machen, genau zu wissen, wie die Ionosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt aussehen wird.
Sie ist die Heimat vieler unserer Satelliten
Diese Grenze zum Weltraum ist genau dort, wo sich viele unserer erdumkreisenden Satelliten aufhalten, einschließlich der Internationalen Raumstation. Das bedeutet, dass diese Satelliten von den sich ständig ändernden Bedingungen in der Ionosphäre beeinflusst werden können – einschließlich plötzlicher Schwälle geladener Teilchen, die den Luftwiderstand der Satelliten erhöhen und ihre Umlaufzeit verkürzen, oder wie lange sie die Erde noch umkreisen können.
Störungen dort können Signale stören
Die Ionosphäre spielt auch eine Rolle in unseren täglichen Kommunikations- und Navigationssystemen. Funk- und GPS-Signale durchqueren diese Schicht der Atmosphäre oder sind darauf angewiesen, an der Ionosphäre abzuprallen, um ihr Ziel zu erreichen. In beiden Fällen können Veränderungen in der Dichte und Zusammensetzung der Ionosphäre diese Signale stören.
Einfluss des Wetters
Wetter von der Erde, wie Hurrikane oder große Gewittersysteme, können Druckwellen erzeugen, die sich bis in die Ionosphäre ausbreiten. Dies ist einer der Faktoren, die Veränderungen in der Ionosphäre verursachen können.
Diese Effekte wurden erst in den letzten 15 Jahren entdeckt, als Daten von NASA-Satelliten Zusammenhänge zwischen Wetterbedingungen und Veränderungen in der Ionosphäre der Erde aufzeigten.
…Und sie wird auch vom Weltraumwetter beeinflusst
Da die Ionosphäre aus geladenen Teilchen besteht, reagiert sie in einzigartiger Weise auf die sich ändernden magnetischen und elektrischen Bedingungen im Weltraum. Diese Bedingungen – zusammen mit anderen Ereignissen wie Ausbrüchen von geladenen Teilchen – werden als Weltraumwetter bezeichnet und stehen in der Regel mit der Sonnenaktivität in Verbindung. Neben dem normalen Wetter auf der Erde ist das Weltraumwetter der andere wichtige Faktor, der die Ionosphäre beeinflusst.
Die Ionosphäre leuchtet ständig
Airglow nennt man die hellen Lichtstreifen, die von der oberen Atmosphäre der Erde ausstrahlen. Es passiert, wenn Atome und Moleküle in der oberen Atmosphäre, angeregt durch Sonnenlicht, Licht aussenden, um ihre überschüssige Energie abzugeben. Es kann aber auch passieren, wenn Atome und Moleküle, die durch Sonnenlicht ionisiert wurden, mit einem freien Elektron zusammenstoßen und dieses einfangen. In beiden Fällen stoßen sie ein Lichtteilchen – ein sogenanntes Photon – aus, um sich wieder zu entspannen.
Airglow ist nicht nur ein schöner Anblick: Es ist ein nützlicher Marker für das, was in der Ionosphäre passiert. Jedes atmosphärische Gas hat seine eigene bevorzugte Airglow-Farbe, je nach Gas, Höhenregion und Anregungsprozess, so dass wir Airglow nutzen können, um zu untersuchen, wo sich diese Gase befinden und wie sie sich verhalten.
Wir untersuchen die Ionosphäre mit unsichtbaren Lichtarten
Im Januar 2018 haben wir GOLD – kurz für Global-scale Observations of the Limb and Disk – an Bord eines kommerziellen Kommunikationssatelliten ins All geschickt. Von seinem festen Aussichtspunkt 22.000 Meilen über der westlichen Hemisphäre erstellt GOLD scheibenfüllende Bilder der Erde im fern-ultravioletten Licht, einer Lichtart, die für unsere Augen unsichtbar ist, aber tägliche Veränderungen in der oberen Atmosphäre offenbart.
Wir haben gerade die ersten Ionosphären-Bilder von ICON bekommen
Am 10. Oktober dieses Jahres haben wir ICON – den Ionospheric Connection Explorer – gestartet, um gemeinsam mit GOLD die Ionosphäre zu untersuchen. Die Raumsonde befindet sich jetzt in einer erdnahen Umlaufbahn, 360 Meilen über der Erde. ICON untersucht die Ionosphäre mit einer Kombination aus Airglow, unsichtbaren Wellenlängen des Lichts und direkten Messungen der sie umgebenden Partikel. Und die Mission hat gerade ihre ersten wissenschaftlichen Bilder zurückgeschickt! Zusammen werden GOLD und ICON uns helfen, viel mehr über die Ionosphäre zu lernen, diesen Teil des Weltraums, der unserer Heimat am nächsten ist.