Nya mättekniker kommer att möjliggöra förbättrade mätningar av jordens jonosfär, en nyckel till att studera och minska inverkan av rymdvädret.
Radiosignaler har använts för att studera plasmadensiteten sedan 1920-talet. Sändande radiokällor inkluderar markbaserade jonosonder (speciell radar för undersökning av jonosfären), astronomiska fenomen som pulsarer och på senare tid rymdfarkostsignaler som används för att överföra data.
Till exempel används GPS-radiosignaler (Global Positioning Satellites) för att mäta tätheten av jordens jonosfär. Radiosignalens svar på jonosfärplasman är dock mer komplicerat än att bara variera som en funktion av densiteten. Jordens magnetfält påverkar också dess elektromagnetiska vågfluktuationer.
Till exempel är Faraday-rotation ett välkänt fenomen, som visas på bilden ovan. Men som en teknik för att mäta magnetfält är Faradays rotation begränsad till bara den del som är orienterad i rätt riktning. Den nya upptäckten kompletterar Faraday-rotation och möjliggör en fullständig mätning av magnetfältets styrka.
"Vi upptäckte att magnetfältet introducerade brus till radiosignaler. Den omedelbara effekten av detta arbete är att möjliggöra förbättrade mätningar av jordens jonosfär. Dessutom drivs alla ogynnsamma förhållanden som diskuteras om farorna med rymdväder i slutändan av jordens jonosfären svarar på solens plasma", säger Elizabeth Jensen, associerad forskare vid Planetary Science Institute.
Jensen är huvudförfattare till artikeln "The Hunt for Perpendicular Magnetic Field Measurements in Plasma" publicerad i The Astrophysical Journal . "Genom att minska felet i GPS-signaler från horisonten och utöka täckningen till polerna förbättras problem med kommunikationsförluster omedelbart."
Effekten av plasmans vinkelräta magnetfält på radioutbredning visas i bilden ovan. "Vi har upptäckt hur man kan förbättra kommunikationen mellan jorden och rymdfarkoster; hur man mäter styrkan på magnetfältet i rymdplasma, ett viktigt resultat för att förbättra rymdväderförutsägelser; och hur man får magnetfältsmätningar från några äldre arkiverade rymdfarkostdata, sa Jensen. "Detta är med vår banbrytande upptäckt om hur man isolerar bidraget från magnetfältet vinkelrätt mot signalvägen i radiodata."
Förutsägelse av rymdväder, fysiken bakom att destabilisera jonosfären av solens plasma, domineras av temperaturen, hastigheten, densiteten och magnetfältet hos plasman som kommer från solen. Den största felkällan i dessa rymdvädermodeller härrör från bristen på magnetfältsmätningar i det mellanliggande utrymmet mellan solen och jorden. Genom att förbättra vår förmåga att förutsäga rymdväder, via förbättrade magnetfältsmätningar, kan vi minska kostnaderna från dessa ogynnsamma förhållanden.
"Här på jorden är vi i första hand oroliga för rymdväder. Rymdväder består av reaktionen från jordens plasmaregioner på plasma som frigörs av solen. Ogynnsamma förhållanden från denna interaktion inkluderar satellitskador, bestrålning av personal inte bara i rymdstationen utan på flyg nära polerna, dålig kommunikation från förlust av signaltrohet som påverkar flygplan och annan GPS-beroende utrustning, till exempel självkörande fordon, och skador på utrustning som kraftledningar eller undervattenskablar, säger Jensen.
Mer information: Elizabeth A. Jensen et al, The Hunt for Perpendicular Magnetic Field Measurements in Plasma, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2347
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift
Tillhandahålls av Planetary Science Institute
