Az ionoszféra változásai

Egy távközlési műholdon potyautasként működő tudományos műszer segít feltárni az ionoszféra vártnál is dinamikusabb viselkedését.

Korábbi cikkünkben írtunk arról, hogy a 2018 januárjában indított SES–14 geostacionárius távközlési műhold fedélzetén helyezték el a NASA megbízásából készült GOLD (Global-Scale Observations of the Limb and Disk) műszert. A GOLD a Föld légkörének legfelső rétegeiről, az ionoszféráról és a termoszféráról a távoli ibolyántúli tartományban gyűjt adatokat. A SES–14 a nyugati hosszúság 47,5°-a fölött dolgozik, innen vizsgálja a GOLD az ionoszférát.

A Föld felszíne fölött mintegy 80 és 600 km közötti magasságban dinamikusan változó régiót találunk, amelyet akár a légkör és a világűr közti határnak is tekinthetünk (noha ez az elhatárolás ennél sokkal bonyolultabb). Ez az ionoszféra, amelyet a GOLD műszer vizsgál. Annyiban mindenképp a világűrhöz tartozik, hogy ebben a tartományban kering az ISS és számtalan műhold. A tartomány fizikai jellemzője, hogy a Nap sugárzása ebben a magasságban egyes gázokat egyszeresen vagy kétszeresen ionizál, innen ered a tartomány elnevezése. Ennek következtében az ionok folyamatosan kavargó tengere alakul ki, amelyek azonban folyamatos kölcsönhatásban állnak a semleges felsőlégkör részecskéivel. Az ionoszféra emiatt nemcsak a Nap sugárzására reagál, hanem a légkör alsóbb rétegeiből felfelé terjedő hatásokra is. A bonyolult jelenségek nemcsak az űrhajósok életét nehezítik meg, hanem hatással vannak a nagy frekvenciájú hírközlésre éppúgy, mint a navigációs műholdak jeleinek terjedésére.

A GOLD 2018. december 19-i képe az ionoszféráról. (Kép: NASA Earth Observatory / Stanley Solomon, John Correira, GOLD Project)

A GOLD a geostacionárius pozíciójából az ibolyántúli tartományban folyamatosan követi az ionoszféra hőmérsékletének, sűrűségének és összetételének változásait. Ennek alapján a légkörkutatók úgy vélik, az ionoszféra még annál is sokkal változékonyabb, mint amilyennek korábban elképzelték. Első képünket a GOLD 2018. december 19-én készítette a nyugati féltekéről. A Föld látható részének nyugati harmadán még süt a Nap, Észak- és Dél-Amerika keleti partvidékén azonban már esti szürkület, illetve éjszaka van. Az Atlanti-óceán fölött Afrika felé húzódó két kék sáv az úgynevezett Appleton-anomália. A két sáv a mágneses egyenlítő két oldalán, arra szimmetrikusan helyezkedik el. Az ionoszférának ezt a részét az éjszaka legnagyobb részében az ionoszféra mélyebb rétegeiből felfelé áramló plazma aktiválja. Helyzetük éjszakáról éjszakára változhat.

Az alsó képen látható képpár a teljesen napsütötte nyugati féltekét mutatja 2018. november 4-én és 5-én, egy geomágneses vihar előtti, illetve alatti állapotában. A színek az atomos oxigén és a molekuláris nitrogén arányát jelzik az alsó skála szerint. Megfigyelhető, hogy a geomágneses vihar idején alacsony szélességeken megnő az O/N₂ arány (a terület világosabb), míg nagy szélességeken ugyanez az arány csökken (a terület sötétebb). Mágneses viharok idején a mágneses pólusok közelében a semleges felsőlégkört a magnetoszférából érkező energia fűti, ezért a sűrűségarány hirtelen és drasztikusan csökken. Alacsony szélességeken ellenkező jelenség lép fel, miközben nagy mennyiségű atomos oxigén áramlik a magas szélességek irányából az egyenlítő felé. Mivel a semleges felsőlégkör és az ionoszféra között csatolás áll fenn, az összetétel változása megváltoztatja az ionoszféra sűrűségét, ezen keresztül pedig a rádiójelek terjedésére gyakorolt hatását.

Az ionoszféra a napsütötte nyugati félteke fölött a GOLD mérései szerint 2018. november 4-én és 5-én, egy geomágneses vihar előtti, illetve alatti állapotában. (Kép: NASA Earth Observatory / Stanley Solomon, John Correira, GOLD Project)

Bár az Appleton-anomáliát korábban is ismerték a kutatók, a GOLD megfigyelései alapján az mégis meglepte őket, milyen jelentős változást mutat az ionoszféra egyik éjszakáról a másikra.

Kapcsolódó cikkek:
Potyautas légkörkutató műszer
SES-14 és Al Yah-3
Két új amerikai légkörkutató űreszköz 2017-re

Kapcsolódó linkek:
A GOLD az ionoszféráról (NASA EO)
GOLD (NASA)
GOLD (University of Central Florida)