Forskare från University of Michigan kommer att spela en central roll i NASA:s kommande Geospace Dynamics Constellation-uppdrag - en första i sitt slag på ett skyddande yttre lager av jordens atmosfär och hur det interagerar med solvädret.

Solväder utgör ett hot mot jorden, med potential att orsaka stora skador på våra elnät och satelliter. NASA:s Geospace Dynamics Constellation Mission, eller GDC, inkluderar tre vetenskapliga undersökningar som kommer att hjälpa oss att förutsäga effekter från solaktivitet som koronala massutkastningar, solvindar och flare.

U-M är ledande inom solfysikforskning och tillhandahåller förbättrade prediktiva verktyg för solväder och dess samhälleliga och tekniska effekter. De sex satelliterna som utgör GDC kommer att ge de första direkta globala mätningarna av två överlappande lager av vår atmosfär som är centrala för vårt försvar mot solväder:jonosfären och termosfären. På ett höjdområde på ungefär 50 till 400 miles över jordens yta, står de mellan den nedre atmosfären och yttre rymden, en buffert för de laddade partiklarna från solvinden, flammor och koronala massutstötningar samt röntgen- och UV-strålning.

Två av GDC:s vetenskapliga instrument inkluderar U-M-forskare:

• The Comprehensive Auroral Precipitation Experiment kommer att mäta högenergipartiklar som kommer in i den övre atmosfären. CAPE leds av U-M alun Daniel Gershman, för närvarande med NASA:s Goddard Space Flight Center. Aaron Ridley, en U-M-professor i klimat- och rymdvetenskap och teknik är också en bidragsgivare.
• Modular Spectrometer for Atmosphere and Ionosphere Characterization, eller MoSAIC, mäter jonosfärens och termosfärens sammansättning, såväl som vindarna som färdas genom den. Ridley är en bidragande forskare.

"CAPE ger mätningar av norrskenet och söderskenet, eller norrskenet," sa Ridley. "Båda tillför energi till vår övre atmosfär, får den att svälla som en ballong och ändrar banor för satelliter och den internationella rymdstationen."

MoSAIC kommer att kvantifiera atmosfärens reaktion på inkommande norrskensenergi genom att mäta tryck och vindar. Dessa data kommer att göra det möjligt för satellitoperatörer att ändra omloppsbanor för att undvika kollisioner.

"Jag tycker om att tänka på CAPE som rymdvädrets "Dopplerradar", sa Gershman. "Under loppet av GDC-uppdraget kommer CAPE att kunna producera lokala, regionala och globala rymdväderkartor över elektron- och jonregn. Dessa kartor kan användas för att hjälpa till att förutsäga stora förändringar i den övre atmosfären och kan därför hjälpa till att behålla satelliter i låg omloppsbana om jorden."

Ridleys engagemang i flera uppdrag ger honom ett unikt perspektiv på vad GDC försöker åstadkomma.

"Det här är första gången som NASA kommer att ha skjutit upp så många satelliter för att göra den här typen av saker på en gång," sa Ridley. "NASA har aldrig hanterat den här typen av data tidigare, när det gäller att ha sex satelliter som mäter förhållandena i låg omloppsbana om jorden."

Innan det kan hända finns det mycket att göra. UM-forskare studerar hur joner och neutroner interagerar och hur det skapar instabilitet i atmosfären. Ridley funderar på att bygga nya modeller för jonosfären och termosfären som fångar upp störningar från norrsken och mer exakt förutsäger rymdväderhändelser.

NASA överväger för närvarande fem ytterligare instrument – ​​varav två kan väljas ut – för inkludering i GDC. Ett instrument som övervägs leds av forskare med U-M-anknytning.

Mark Moldwin, professor i Arthur F. Thurnau och professor i klimat- och rymdvetenskap och teknik, leder Near Earth Magnetometer Instrument i ett litet integrerat system – ett av de ytterligare uppdrag som övervägs att flygas som en del av uppskjutningen. GDC kompletterar norrskensmätningarna med magnetfältsmätningar och fångar upp mer av energin som kommer in i atmosfären. Denna funktion kan vara ett tillfälle att testa en relativt ny magnetometerteknik som kan användas på de mindre satelliter som blivit populära under de senaste decennierna.

Aktuella satelliter har vanligtvis sina magnetometrar fästa via en lång bom. Avståndet är nödvändigt eftersom rymdfarkostelektroniken avger sitt eget magnetfält, vilket gör mätningarna svårare. Att fästa långa bommar på allt mindre satelliter är svårt.

"Du vill få magnetometrarna närmare rymdfarkosten," sa Moldwin. "Du kommer att se den magnetiska signalen från farkosten, men med tre magnetometrar på en förkortad bom, och några mycket smarta matematiska algoritmer för att sortera brus från signal, kan vi rensa upp data. Det betyder att med fler små magnetometrar på en kortare (billigare) boom, vi kan ta ut magnetfälten från elektroniken, så att vi kan studera vetenskapen." + Utforska vidare

NASA väljer ut fyra CubeSats för teknisk utveckling av rymdväder