Kredit:CNRS
sprites, tomtar, jets... få människor vet att forskare brukar använda sådana andra världsliga ord för att beskriva övergående ljushändelser eller TLE, ljusblixtar som uppstår under aktiva stormar bara några tiotals kilometer över våra huvuden. Få människor vet också att stormar kan fungera som partikelacceleratorer som genererar mycket korta utbrott av röntgenstrålar och gammastrålar. Men vilka är de fysiska processerna och mekanismerna bakom dessa fenomen upptäckta för knappt 30 år sedan? Påverkar de den övre atmosfärens fysik och kemi, miljön eller till och med människor? Sådana är frågorna för den franska Taranis-satelliten som kommer att åka upp i luften under natten mellan den 16 och 17 november ovanpå en Vega-raket från Guiana Space Center, ett helt franskt uppdrag som involverar forskare från CNES, det nationella vetenskapliga forskningscentret CNRS, atomenergi- och alternativenergikommissionen CEA och flera franska universitet.
TLEs och terrestrial gamma-ray flashs (TGFs) ses över hela världen där stormar uppstår. Men eftersom vi inte vet tillräckligt om dem, de finns inte med i klimatologernas och meteorologernas verktygslåda. Är de inblandade i det ökande antalet extrema väderhändelser? Om så är fallet, de kunde modelleras och inkluderas i prognoser i realtid. Även om Taranis först och främst är en fundamental forskningssatellit, de data som den är inställd på att leverera om jordens termiska mekanismer och klimatmekanismer skulle kunna tjäna fler operativa tillämpningar som klimatologi och väderprognoser.
tomtar, sprites, sprite halos, blå jetstrålar och till och med nisser eller tomtar är bara några av de nyckfulla namnen som ges till mängden fenomen i den generiska familjen av TLE - ett poetiskt lexikon som står i skarp kontrast till deras våld. Dessa tillfälliga händelser i den övre atmosfären inträffar mellan toppen av stormmoln och en höjd av 90 kilometer. Förutspåddes först så tidigt som 1920, deras existens bekräftades inte förrän på nittiotalet. De har sedan dess registrerats av många mark- och rymdobservationer. Alver tar formen av en expanderande ljusglöd, visas på en höjd av 90 kilometer och varar inte mer än en millisekund; en aktiv storm kan producera tusentals av dem inom loppet av några timmar. Förekommer mellan 40 och 90 kilometer över jordens yta, sprites har en komplex struktur av grenar och rankor och kan hålla i upp till 10 millisekunder. Blå jetstrålar dyker upp på toppen av stormmoln och sprider sig till höjder på upp till 50 kilometer. Ibland, "gigantiska" jetstrålar kan spridas upp till 90 kilometer.
TGF:er observerades första gången vetenskapligt 1994 av Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO), en NASA-rymdfarkost utplacerad från den amerikanska rymdfärjan Atlantis. Under vissa förhållanden, stormar genererar en mycket kort skur av gammafotoner. TGF:er ansågs under en tid vara en sällsynt händelse som åtföljde sprites; vi vet nu att de genereras av elektrisk aktivitet i moln. I brist på rätt instrument, den italienska AGILE-satelliten (2007) och det amerikanska rymdteleskopet Fermi (2008) kunde inte helt bekräfta aktuella hypoteser om de mekanismer som genererar dem eller uppskatta deras antal. Taranis kommer därför att ge nya insikter om hur de genereras och deras strålningspåverkan, som aldrig har mätts tidigare.
I Frankrike, atomenergiorganet CEA vände först sin uppmärksamhet mot dessa övergående händelser och deras inverkan 1993. Den 9 december 2010 projektet fick officiellt klartecken från CNES:s styrelse. Taranis är ett helt franskt uppdrag med vetenskapsmål satta av franska forskningslaboratorier. Förutom CEA, CNRS är nära involverat genom flera av sina anslutna forskningslaboratorier1:LPC2E miljö- och rymdfysik- och kemilaboratoriet koordinerar utvecklingen av den vetenskapliga nyttolasten, är ansvarig för vetenskapsmissionscentret och bidrar med instrument; IRAP forskningsinstitutet för astrofysik och planetologi, LATMOS-atmosfärerna, laboratoriet för miljöer och rymdobservationer och APC:s astropartiklar och kosmologilaboratoriet bidrar till nyttolasten.
Illustration av TARANIS. Kredit:CNES/ill./SATTLER Oliver, 2012
Andra instrument på Taranis inkluderar externa bidrag från Stanford University och Goddard Space Flight Center (GSFC) i USA, Institute of Atmospheric Physics (IAP) och Charles University i Tjeckien och Rymdforskningscentret vid den polska vetenskapsakademin (CBK).
Taranis ser lite annorlunda ut, eftersom den i stället för den aluminiserade eller guldpläterade Mylar-isoleringen som traditionellt används på satelliter är belagd med en speciell svartvit färg. Detta är inte bara uppmärksamhet på estetiska detaljer, syftet med färgen är att undvika att störa det omgivande elektriska fältet och förhindra att reflekterat ljus stör de optiska sensorerna. En mindre synlig men nyckelfunktion är den ursprungliga utformningen av dess nyttolast, bestående av åtta instrument som drivs som en enda enhet tack vare MEXIC, Taranis hjärna som driver och synkroniserar instrumenten och hanterar nyttolasten, exekverar triggerstrategin för att fånga en händelse och hanterar till och med överföringen av utvalda data till massminnet.
Taranis nyttolast på nära håll:
For two to four years, Taranis will scan regions of the sky where storm activity is intense and the probability of seeing TLEs and/or TGFs high. While it may be a national program, its results are eagerly awaited by the wider international scientific community. In atmospheric chemistry and physics, environmental science, climatology, high-energy astrophysics and many more fields besides, Taranis is set to reveal new insights—and science efforts won't end there, as the mission will undoubtedly pave the way for future investigations.
