Ett team ledd av University of Colorado Boulder har hittat mekanismen bakom den plötsliga uppkomsten av en "naturlig termostat" i jordens övre atmosfär som dramatiskt kyler luften efter att den har värmts upp av våldsam solaktivitet.

Forskare har känt till att solflammor och coronal mass ejections (CME) – som frigör elektriskt laddad plasma från solen – kan skada satelliter, orsaka strömavbrott på jorden och störa GPS-tjänsten. CME:er är tillräckligt kraftfulla för att skicka miljarder ton solpartiklar som skriker mot jorden i mer än 1 miljon miles per timme, sa CU Boulder-professor Delores Knipp vid institutionen för flygteknikvetenskaper.

Nu, Knipp och hennes team har bestämt att när sådana kraftfulla CME:er kommer från solen och rusar mot jorden, de skapar chockvågor ungefär som överljudsflygplan skapar ljudbommar. Medan chockvågorna från CMEs häller energi i jordens övre atmosfär, blåsa upp den och värma upp den, de orsakar också bildningen av den spårkemiska kväveoxiden, som sedan snabbt kyler och krymper den, Hon sa.

"Vad som är nytt är att vi har bestämt omständigheterna under vilka den övre atmosfären går in i detta nästan överkylningsläge efter betydande uppvärmning, sa Knipp, också medlem i CU Boulders Colorado Center for Astrodynamics Research. "Det är lite som att ha en termostat som har fastnat - det är verkligen ett fall där naturen tyglar sig själv."

Knipp höll en presentation vid American Geophysical Unions höstmöte 2016 som hölls i San Francisco 12 december till 16 december. Presentationen var knuten till en kommande artikel som är planerad att publiceras i tidskriften Rymdväder .

Solstormar kan orsaka dramatiska förändringar i temperaturen i den övre atmosfären, inklusive jonosfären, som sträcker sig från cirka 30 miles i höjd till cirka 600 miles högt - kanten av rymden. Medan CME-material som slår in i jordens atmosfär kan orsaka temperaturspikar på upp till 750 grader Fahrenheit, kväveoxiden som skapas av energiinfusionen kan därefter kyla den med cirka 930 F, sa Knipp.

Nyckeln till att lösa mysteriet kom när Knipp granskade satellitdata från en kraftig solstorm som slog mot jorden 1967. "Jag hittade en grafik begravd djupt i ett länge glömt manuskript, " sa hon. "Det gav mig till slut vad som verkligen hände."

Eftersom den övre atmosfären expanderar under CME, satelliter i låg omloppsbana om jorden tvingas röra sig genom ytterligare gasformiga partiklar, får dem att uppleva mer motstånd. Satellitmotstånd – ett stort problem för myndigheter och flygbolag – orsakar sönderfall i rymdfarkosternas banor, som sedan brinner upp i atmosfären.

Som en del av den nya studien, Knipp och hennes kollegor jämförde två 15 år långa satellitdataset. En var från Sounding of the Atmosphere med hjälp av Broadband Emission Radiometry (SABRE) instrument som åkte på NASA:s TIMED-satellit. Den andra var från data som samlats in av satelliter från det amerikanska försvarsdepartementet.

"Vi upptäckte att det snabbaste materialet som strömmade från solen utlöste dessa stötvågor, får atmosfären att hävas och värmas upp, " sa hon. "Men det blev väldigt tydligt att dessa chockvågor var roten till att skapa kväveoxiden, vilket fick atmosfären att släppa energi och svalna."

SABRE har samlat in data om kväveoxid i atmosfären sedan lanseringen 2001, följer i hälarna på en annan kväveoxidmätsatellit känd som Student Nitric Oxide Explorer (SNOE). Lanserades 1998, SNOE involverade mer än 100 CU Boulder-studenter, främst studenter, i sin design och konstruktion. Väl i omloppsbana, SNOE kontrollerades av studenter på campus 24 timmar om dygnet i nästan sex år.

Geomagnetiska stormar har haft allvarliga effekter på jorden. En storm 1989 orsakad av en CME resulterade i kollapsen av Hydro-Quebecs elöverföringssystem, vilket får sex miljoner kanadensare att förlora makten. År 1859 producerade en solstorm kallad Carrington Event norrsken från Nordpolen till Centralamerika och störde telegrafkommunikationen, till och med utlöste bränder på telegrafkontor som orsakade flera dödsfall.