• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • NASA-raketer studerar varför tekniken hamnar nära stolpar

    Animerad illustration som visar solvinden som strömmar runt jordens magnetosfär. Nära nord- och sydpolen, Jordens magnetfält bildar trattar som tillåter solvinden att komma åt den övre atmosfären. Kredit:NASA/CILab/Josh Masters

    Varje sekund, 1,5 miljoner ton solmaterial skjuter bort från solen och ut i rymden, färdas i hundratals miles per sekund. Känd som solvinden, denna oupphörliga ström av plasma, eller elektrifierad gas, har kastat jorden i mer än 4 miljarder år. Tack vare vår planets magnetfält, det är mestadels avböjt. Men gå tillräckligt långt norrut, och du kommer att hitta undantaget.

    "Det mesta av jorden är skyddad från solvinden, sa Mark Conde, rymdfysiker som University of Alaska, Fairbanks. "Men precis nära polerna, i middagssektorn, vårt magnetfält blir en tratt där solvinden kan ta sig ända ner till atmosfären."

    Dessa trattar, känd som polära cusps, kan orsaka vissa problem. Inflödet av solvind stör atmosfären, störa satelliter och radio- och GPS-signaler. Från och med den 25 november, 2019, tre nya NASA-stödda uppdrag kommer att starta in i den norra polarkuspen, som syftar till att förbättra den teknik som påverkas av det.

    Skakiga satelliter

    De tre uppdragen är alla en del av Grand Challenge Initiative – Cusp, en serie av nio klingande raketuppdrag som utforskar polarkuspen. Sondraketer är en typ av rymdfarkost som gör 15 minuters flygningar ut i rymden innan de faller tillbaka till jorden. Står upp till 65 fot lång och flyger var som helst från 20 till 800 miles hög, sondraketer kan riktas och avfyras mot rörliga mål med bara några minuters varsel. Denna flexibilitet och precision gör dem idealiska för att fånga de konstiga fenomenen inuti cuspen.

    Två av de tre kommande uppdragen kommer att studera samma anomali:en fläck av atmosfär inuti kuppen som är avsevärt tätare än dess omgivning. Det upptäcktes 2004, när forskare märkte att en del av atmosfären inuti kuppen var cirka 1,5 gånger tyngre än förväntat.

    Video från CREX:s sista flygning, visar ångspår efter polarvindar på hög höjd. Både CREX-2- och CHI-uppdragen kommer att använda en liknande metod för att spåra vindar som tros stödja densitetsförbättringen inuti kusp. Kredit:NASA/CREX/Mark Conde

    "Lite extra massa 200 miles upp kan tyckas vara ingen stor sak, sade Conde, huvudutredaren för Cusp Region Experiment-2, eller CREX-2, uppdrag. "Men tryckförändringen i samband med denna ökade masstäthet, om det inträffade på marknivå, skulle orsaka en oavbruten orkan starkare än något annat sett i meteorologiska register."

    Denna extra massa skapar problem för rymdfarkoster som flyger genom den, som de många satelliterna som följer en polär bana. Att passera genom den täta fläcken kan skaka upp deras banor, gör nära möten med andra rymdfarkoster eller orbitalskräp mer riskfyllda än de annars skulle vara.

    "En liten förändring på några hundra meter kan göra skillnaden mellan att behöva göra en undanmanöver, eller inte, " sa Conde.

    Både CREX-2 och Cusp Heating Utredning, eller CHI-uppdrag, ledd av Miguel Larsen från Clemson University i South Carolina, kommer att studera denna tunga atmosfär för att bättre förutsäga dess effekter på satelliter som passerar genom. "Varje uppdrag har sina egna styrkor, men helst, de kommer att lanseras tillsammans, sa Larsen.

    Korrupt kommunikation

    Det är inte bara rymdfarkoster som beter sig oförutsägbart nära spetsen – det gör även GPS- och kommunikationssignalerna de sänder. Den skyldige, i många fall, är atmosfärisk turbulens.

    Illustration av ICI-5-raketen som använder sina 12 dotternyttolaster. Väl i rymden, dessa extra sensorer kommer att hjälpa forskare att skilja turbulens från vågor, som båda kan vara orsaken till korrupta kommunikationssignaler. Kredit:Andøya Space Center/Trond Abrahamsen

    "Turbulens är en av de riktigt svåra återstående frågorna inom klassisk fysik, sa Jøran Moen, rymdfysiker vid universitetet i Oslo. "Vi vet inte riktigt vad det är eftersom vi inte har några direkta mätningar ännu."

    Moen, som leder uppdraget Utredning av Cusp Irregularities-5 eller ICI-5, liknar turbulens med de virvlande virvlarna som bildas när floder forsar runt stenar. När atmosfären blir turbulent, GPS och kommunikationssignaler som passerar genom den kan bli förvrängda, sänder otillförlitliga signaler till de plan och fartyg som är beroende av dem.

    Moen hoppas kunna göra de första mätningarna för att skilja sann turbulens från elektriska vågor som också kan störa kommunikationssignaler. Även om båda processerna har liknande effekter på GPS, Att ta reda på vilket fenomen som driver dessa störningar är avgörande för att förutsäga dem.

    "Motivationen är att öka integriteten hos GPS-signalerna, "Men vi måste känna föraren för att förutse när och var dessa störningar kommer att inträffa."

    Väntar på väder

    Den extrema norden ger en orörd lokal för att undersöka fysik mycket svårare att studera någon annanstans. Den lilla arktiska staden på Svalbard, den norska skärgården från vilken raketerna ICI-5 och CHI kommer att skjutas upp, har en liten befolkning och strikta restriktioner för användningen av radio eller Wi-Fi, skapa en idealisk laboratoriemiljö för vetenskap.

    Jordens magnetosfär, som visar den norra och södra polarkuspen. Kredit: Andøya Space Center/Trond Abrahamsen

    "Turbulens förekommer på många ställen, men det är bättre att gå till det här laboratoriet som inte är förorenat av andra processer, Sa Moen. "Kusplaboratoriet" - det är Svalbard."

    Helst CHI-raketen skulle skjutas upp från Svalbard nästan samtidigt som CREX-2 skjuts upp från Andenes, Norge. ICI-5 raketen, på en andra bärraket på Svalbard, skulle flyga strax efter. Men timingen kan vara knepig:Andenes ligger 650 mil söder om Svalbard, och kan uppleva olika väder. "Det är inget krav, men att sjösätta tillsammans skulle säkerligen multiplicera den vetenskapliga avkastningen av uppdragen, " sa Conde.

    Håller ett konstant öga på vädret, väntar på rätt ögonblick för att starta, är en viktig del av uppskjutningen av raketer – även en del av lottningen.

    "Det är verkligen en alltförbrukande sak, "Sa Conde. "Allt du gör när du är där ute är att titta på förhållandena och prata om raketen och bestämma vad du ska göra."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com