Vlad Krasen
0 
4663
1196
Gęsta warstwa cząsteczek i cząstek naładowanych elektrycznie, zwana jonosferą, wisi w górnej atmosferze Ziemi, zaczynając od około 35 mil (60 kilometrów) nad powierzchnią planety i rozciągając się na ponad 620 mil (1000 km). Promieniowanie słoneczne dochodzące z góry odbija cząstki zawieszone w warstwie atmosferycznej. Sygnały radiowe z dołu odbijają się od jonosfery z powrotem do instrumentów na ziemi. Tam, gdzie jonosfera pokrywa się z polami magnetycznymi, niebo wybucha wspaniałymi pokazami światła, które są niesamowite do zobaczenia.
Gdzie jest jonosfera?
Atmosferę ziemską tworzy kilka różnych warstw, w tym mezosfera, która zaczyna się na wysokości 31 mil (50 km), oraz termosfera, która zaczyna się na wysokości 53 mil (85 km). Jonosfera składa się z trzech sekcji w obrębie mezosfery i termosfery, oznaczonych jako warstwy D, E i F, zgodnie z UCAR Center for Science Education.
Ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe i promieniowanie rentgenowskie ze słońca bombardują te górne obszary atmosfery, uderzając w atomy i cząsteczki znajdujące się w tych warstwach. Silne promieniowanie wypiera ujemnie naładowane elektrony z cząstek, zmieniając ich ładunek elektryczny. Powstała chmura wolnych elektronów i naładowanych cząstek, zwanych jonami, doprowadziła do nazwy „jonosfera”. Zjonizowany gaz lub plazma miesza się z gęstszą, obojętną atmosferą.
Stężenie jonów w jonosferze zmienia się wraz z ilością promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi. Jonosfera gęstnieje w ciągu dnia z naładowanymi cząstkami, ale gęstość ta spada w nocy, gdy naładowane cząstki rekombinują z przemieszczonymi elektronami. Według NASA podczas tego codziennego cyklu pojawiają się i znikają całe warstwy jonosfery. Promieniowanie słoneczne również zmienia się w okresie 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 trudnymi systemami pogodowymi, które warzą się 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 przelatuje przez kosmos z prędkością około 25 mil (40 km) na sekundę. Po dotarciu do pola magnetycznego Ziemi i jonosfery poniżej wiatry słoneczne wywołały na nocnym niebie barwną reakcję chemiczną zwaną zorzą polarną..
Kiedy wiatry słoneczne śmigają po Ziemi, planeta pozostaje osłonięta za polem magnetycznym, znanym również jako magnetosfera. Wytwarzana przez ubijanie stopionego żelaza w jądrze Ziemi, magnetosfera wysyła promieniowanie słoneczne pędzące w kierunku któregokolwiek z biegunów. Tam naładowane cząstki zderzają się z substancjami chemicznymi wirującymi w jonosferze, tworząc urzekające zorze.
Naukowcy odkryli, że własne pole magnetyczne Słońca zgniata słabsze pole Ziemi, przesuwając zorze w stronę nocnej strony planety, jak donosi Popular Mechanics.
Według National Geographic co noc w pobliżu kręgów arktycznych i antarktycznych po niebie pojawiają się zorze polarne. Kolorowe kurtyny światła, znane jako odpowiednio zorza polarna i zorza polarna, wiszą około 1000 mil (1000 km) nad powierzchnią Ziemi. Zorze polarne świecą na zielono-żółto, gdy jony uderzają w cząsteczki tlenu w niższej jonosferze. Czerwonawe światło często kwitnie wzdłuż krawędzi zórz polarnych, a na nocnym niebie pojawiają się również fioletowe i niebieskie światło, choć zdarza się to rzadko.
„Przyczyna zorzy polarnej jest nieco znana, ale nie została całkowicie rozwiązana” - powiedział Toshi Nishimura, geofizyk z Boston University. „Na przykład to, co powoduje określony rodzaj koloru zorzy polarnej, na przykład fioletowy, pozostaje tajemnicą”.
Kim jest Steve?
Poza zorzami polarnymi jonosfera jest również gospodarzem innych imponujących pokazów świetlnych.
W 2016 roku naukowcy obywatelscy zauważyli szczególnie przyciągające wzrok zjawisko, które naukowcy starali się wyjaśnić, donosi wcześniej siostrzana strona Space.com. Jasne rzeki białego i różowawego światła płynęły przez Kanadę, która jest dalej na południe niż widać większość zórz. Od czasu do czasu do mieszanki dołączały zielone kreski. Tajemnicze światła zostały nazwane Steve w hołdzie dla filmu animowanego „Over the Hedge”, a później zostały przemianowane na „Silne wzmocnienie prędkości emisji cieplnej” - nadal w skrócie STEVE.
„Badaliśmy zorzę polarną od setek lat i nie potrafiliśmy i nadal nie potrafimy wyjaśnić, czym jest Steve” - powiedział Gareth Perry, badacz pogody kosmicznej z 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 z 2019 roku opublikowanego w czasopiśmie Geophysical Research Letters, zielone smugi w STEVE mogą rozwijać się podobnie do tego, jak formują się tradycyjne zorze, gdy naładowane cząstki opadają na atmosferę. Jednak w STEVE rzeka światła wydaje się świecić, gdy cząsteczki w jonosferze zderzają się i wytwarzają ciepło między sobą.
Komunikacja i nawigacja
Chociaż reakcje w jonosferze malują niebo jaskrawymi odcieniami, mogą również zakłócać sygnały radiowe, zakłócać systemy nawigacyjne, a czasami powodować powszechne przerwy w zasilaniu.
Jonosfera odbija transmisje radiowe poniżej 10 megaherców, umożliwiając wojsku, liniom lotniczym i naukowcom łączenie systemów radarowych i komunikacyjnych na duże odległości. Systemy te działają najlepiej, gdy jonosfera jest gładka, jak lustro, ale mogą zostać zakłócone przez nieregularności w plazmie. Transmisje GPS przechodzą przez jonosferę i dlatego mają te same słabe punkty.
„Podczas dużych burz geomagnetycznych lub kosmicznych zdarzeń pogodowych prądy [w jonosferze] mogą indukować inne prądy w ziemi, sieciach elektrycznych, rurociągach itp. I siać spustoszenie” - powiedział Perry. Jedna taka burza słoneczna spowodowała słynne awarie w 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 fizyczną i chemiczną dynamikę regionu. Uzbrojeni w tę wiedzę mają nadzieję lepiej przewidywać zakłócenia w jonosferze i zapobiegać problemom, które mogą powodować na ziemi poniżej.
Dodatkowe zasoby:
- Obejrzyj pokaz fantastycznych zorzy polarnej z National Geographic.
- Dowiedz się, jak działa GPS z Narodowym Muzeum Lotnictwa i Kosmosu Smithsonian.
- Obejrzyj animację pola magnetycznego Ziemi w akcji od Nova i Khan Academy.