Ny forskning som använder data från NASA:s Global-scale Observations of the Limb and Disk, eller GULD, uppdrag, har avslöjat oväntat beteende i strängarna av laddade partiklar som band jordens ekvator – möjligen skapat av GOLDs långsiktiga globala syn, den första i sitt slag för denna typ av mätning.

GULD är i geostationär bana, vilket betyder att den kretsar runt jorden i samma takt som planeten vänder och "svävar" över samma plats ovanför. Detta gör att GOLD kan titta på samma område för förändringar över tid över longitud och latitud, något som de flesta satelliter som studerar den övre atmosfären inte kan göra.

"Eftersom GOLD är på en geostationär satellit, vi kan fånga 2D-tidsutvecklingen av denna dynamik, " sa Dr Xuguang Cai, en forskare vid High Altitude Observatory i Boulder, Colorado, och huvudförfattare på en ny forskningsartikel.

GOLD fokuserar på delar av jordens övre atmosfär som sträcker sig från cirka 50 till 400 miles i höjd, inklusive ett neutralt lager som kallas termosfären och de elektriskt laddade partiklarna som utgör jonosfären. Till skillnad från de neutrala partiklarna i större delen av jordens atmosfär, jonosfärens laddade partiklar reagerar på de elektriska och magnetiska fälten som trär sig genom atmosfären och rymden nära jorden. Men eftersom de laddade och neutrala partiklarna blandas ihop, något som påverkar en befolkning kan också påverka den andra.

Detta innebär att jonosfären och den övre atmosfären formas av en mängd komplexa faktorer, inklusive rymdväderförhållanden – som geomagnetiska stormar, drivs av solen och markväder. Dessa regioner fungerar också som en motorväg för många av våra kommunikations- och navigeringssignaler. Förändringar i jonosfärens densitet och sammansättning kan förvirra signalerna som passerar genom, som radio och GPS.

Från sin utsiktspunkt på en kommersiell kommunikationssatellit i geostationär omloppsbana, GOLD gör halvklotomfattande observationer av jonosfären ungefär var 30:e minut. Denna oöverträffade fågelperspektiv ger forskare nya insikter om hur denna region förändras.

Mystisk rörelse

En av nattejonosfärens mest utmärkande egenskaper är dubbla band av täta laddade partiklar på vardera sidan av jordens magnetiska ekvator. Dessa band – kallade ekvatorialjoniseringsanomali, eller EIA—kan ändras i storlek, form, och intensitet, beroende på förhållandena i jonosfären.

Banden kan också flytta position. Tills nu, forskare har förlitat sig på data som fångats av satelliter som passerar genom regionen, Genomsnittliga mätningar över månader för att se hur banden kan förändras på lång sikt. Men kortsiktiga förändringar var svårare att spåra.

Före GULD, forskare misstänkte att alla snabba förändringar som sker i banden skulle vara symmetriska. Om det norra bandet rör sig norrut, det södra bandet gör en spegelrörelse söderut. En natt i november 2018, fastän, GULD såg något som utmanade denna idé:det södra bandet av partiklar drev söderut, medan det norra bandet förblev stabilt – allt på mindre än två timmar.

Det är inte första gången forskare har sett banden röra sig så här, men denna kortare händelse — bara cirka två timmar, jämfört med en mer typisk sex till åtta timmar sett tidigare – sågs för första gången, och kunde bara ha observerats av GULD. Observationerna beskrivs i en artikel publicerad den 29 december, 2020, i Journal of Geophysical Research:Space Physics .

Den symmetriska driften av dessa band orsakas av stigande luft som drar laddade partiklar med sig. När natten faller och temperaturen svalnar, varmare luftfickor stiger uppåt. De laddade partiklarna som bärs i dessa varmare luftfickor är bundna av magnetiska fältlinjer, och för de fickor nära jordens magnetiska ekvator betyder formen på jordens magnetfält att uppåtgående rörelse också trycker de laddade partiklarna horisontellt. Detta skapar den symmetriska driften norrut och söderut av de två laddade partikelbanden.

Den exakta orsaken till den asymmetriska drift som observerats av GULD är fortfarande ett mysterium – även om Cai misstänker att svaret ligger i någon kombination av de många faktorer som formar elektronernas rörelse i jonosfären:pågående kemiska reaktioner, elektriska fält, och höghöjdsvindar som blåser genom regionen.

Även om det är förvånande, dessa fynd kan hjälpa forskare att titta bakom jonosfärens ridå och bättre förstå vad som driver dess förändringar. Eftersom det är omöjligt att observera varje process med en satellit eller markbaserad sensor, forskare är mycket beroende av datormodeller för att studera jonosfären, ungefär som modeller som hjälper meteorologer att förutsäga väder på marken. För att skapa dessa simuleringar, forskare kodar in vad de misstänker är den underliggande fysiken på jobbet och jämför modellens förutsägelse med observerade data.

Före GULD, forskare fick dessa data från tillfälliga passerande satelliter och begränsade markbaserade observationer. Nu, GULD ger forskare ett fågelperspektiv.