10 rzeczy, które warto wiedzieć o jonosferze
Jonosfera jest domem dla wszystkich naładowanych cząstek w ziemskiej atmosferze
Ziemska jonosfera pokrywa się z górną częścią atmosfery i początkiem przestrzeni kosmicznej. Słońce gotuje tam gazy, dopóki nie stracą elektronu lub dwóch, co tworzy morze elektrycznie naładowanych cząstek.
Jonosfera jest tam, gdzie ziemska atmosfera spotyka się z przestrzenią kosmiczną
Jonosfera rozciąga się mniej więcej 50 do 400 mil nad powierzchnią Ziemi, tuż przy krawędzi przestrzeni kosmicznej. Wraz z neutralną górną atmosferą, jonosfera tworzy granicę między niższą atmosferą Ziemi – gdzie żyjemy i oddychamy – a próżnią kosmosu.
Zmienia się – czasem nieprzewidywalnie
Jonosfera nieustannie się zmienia. Ponieważ tworzy się, gdy cząsteczki są jonizowane przez energię Słońca, jonosfera zmienia się od dziennej strony Ziemi do nocnej. Kiedy zapada noc, jonosfera przerzedza się, ponieważ wcześniej zjonizowane cząsteczki rozluźniają się i rekombinują z powrotem w neutralne cząsteczki. Ale są też bardziej nieprzewidywalne zmiany, spowodowane przez czynniki zarówno z Ziemi poniżej, jak i z przestrzeni kosmicznej powyżej, które sprawiają, że trudno jest dokładnie wiedzieć, jaka będzie jonosfera w danym czasie.
Jest domem dla wielu naszych satelitów
Ta granica przestrzeni kosmicznej jest dokładnie tam, gdzie wiele z naszych satelitów orbitujących wokół Ziemi, w tym Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Oznacza to, że satelity te mogą być dotknięte przez ciągle zmieniające się warunki w jonosferze – w tym nagłe fale naładowanych cząstek, które zwiększają opór satelitów i skracają ich orbitalny czas życia, czyli to, jak długo mogą kontynuować orbitowanie wokół Ziemi.
Zaburzenia tam mogą zakłócać sygnały
Jonosfera odgrywa również rolę w naszych codziennych systemach komunikacji i nawigacji. Sygnały radiowe i GPS podróżują przez tę warstwę atmosfery, lub polegają na odbijaniu się od jonosfery, aby dotrzeć do celu. W obu przypadkach zmiany w gęstości i składzie jonosfery mogą zakłócić te sygnały.
Wpływa na to pogoda
Pogoda z Ziemi, taka jak huragany lub duże systemy burzowe, może tworzyć fale ciśnienia, które falują w górę do jonosfery. Jest to jeden z czynników, które mogą powodować zmiany w jonosferze.
Efekty te zostały odkryte dopiero w ciągu ostatnich 15 lat, gdy dane z satelitów NASA ujawniły powiązania między warunkami pogodowymi a zmianami w ziemskiej jonosferze.
…I ma na nią wpływ także pogoda kosmiczna
Ponieważ jonosfera składa się z naładowanych cząstek, jest ona wyjątkowo reaktywna na zmieniające się warunki magnetyczne i elektryczne w przestrzeni kosmicznej. Warunki te – wraz z innymi wydarzeniami, takimi jak wybuchy naładowanych cząstek – nazywane są pogodą kosmiczną i zazwyczaj związane są z aktywnością słoneczną. Wraz z regularną pogodą tutaj na Ziemi, pogoda kosmiczna jest innym głównym czynnikiem, który wpływa na jonosferę.
Jonosfera nieustannie świeci
Airglow to tak nazywamy jasne smugi światła, które świecą z górnej atmosfery Ziemi. Dzieje się tak, gdy atomy i cząsteczki w górnej atmosferze, pobudzone przez światło słoneczne, emitują światło, aby pozbyć się nadmiaru energii. Może się też zdarzyć, gdy atomy i cząsteczki, które zostały zjonizowane przez światło słoneczne, zderzają się z wolnym elektronem i wychwytują go. W obu przypadkach wyrzucają one cząstkę światła – zwaną fotonem – aby ponownie się zrelaksować.
Airglow to nie tylko piękny widok: to użyteczny znacznik tego, co dzieje się w jonosferze. Każdy gaz atmosferyczny ma swój ulubiony kolor rozbłysku w zależności od gazu, wysokości nad poziomem morza i procesu wzbudzania, więc możemy użyć rozbłysku do zbadania, gdzie te gazy się znajdują i jak się zachowują.
Badamy jonosferę za pomocą niewidzialnych rodzajów światła
W styczniu 2018 roku wysłaliśmy GOLD – skrót od Global-scale Observations of the Limb and Disk – w przestrzeń kosmiczną na pokładzie komercyjnego satelity komunikacyjnego. Ze swojego stałego punktu obserwacyjnego 22 000 mil nad półkulą zachodnią, GOLD tworzy pełnotarczowe obrazy Ziemi w dalekim ultrafiolecie, rodzaju światła, które jest niewidoczne dla naszych oczu, ale ujawnia codzienne zmiany w górnej atmosferze.
Właśnie dostaliśmy pierwsze obrazy jonosfery z ICON
10 października tego roku wystrzeliliśmy ICON – Ionospheric Connection Explorer – aby dołączyć do GOLD w badaniu jonosfery. Statek kosmiczny znajduje się obecnie na niskiej orbicie okołoziemskiej, 360 mil nad Ziemią. ICON bada jonosferę używając kombinacji blasku powietrza, niewidzialnych długości fal światła oraz bezpośrednich pomiarów otaczających ją cząsteczek. Misja właśnie przesłała swoje pierwsze naukowe zdjęcia! Razem, GOLD i ICON pomogą nam dowiedzieć się dużo więcej o jonosferze, tej części przestrzeni kosmicznej, która jest najbliżej domu.