지구 상층부 대기의 과정은 국제 우주 정거장에서 찍은 이미지에서 볼 수 있듯이 대기의 눈부심으로 알려진 밝은 색상 영역을 만듭니다. 크레딧: NASA
의 데이터를 사용한 새 검색 나사Global Extremity and Disc Observation Mission(GOLD)은 지구의 적도를 연결하는 하전 입자의 확장에서 예상치 못한 행동을 드러냈습니다. 아마도 이러한 유형의 최초인 GOLD의 장거리 글로벌 비전 덕분일 것입니다. 측정에서.
금은 정지 궤도에 있습니다. 즉, 지구 궤도를 행성과 같은 속도로 공전하고 같은 지점을 “호버링”합니다. 이를 통해 GOLD는 경도와 위도에 걸친 시간 경과에 따른 변화에 대해 동일한 지역을 볼 수 있습니다. 이는 상층 대기를 연구하는 대부분의 위성이 할 수 없는 일입니다.
“GOLD가 정지 위성에 있기 때문에 우리는 이러한 역학의 2차원 시간 진화를 포착할 수 있습니다.”라고 콜로라도 볼더에 있는 고지대 천문대의 연구원이자 새로운 연구 논문의 주저자인 Xuguang Cai 박사가 말했습니다.
GOLD는 열권이라고 불리는 중성층과 전리층을 구성하는 전하를 띤 입자를 포함하여 높이가 약 50~400마일에 이르는 지구 상층 대기의 일부에 초점을 맞춥니다. 대부분의 지구 대기에 있는 중성 입자와 달리 전리층의 하전 입자는 대기와 지구 근처 공간을 통과하는 전기장과 자기장에 반응합니다. 그러나 하전 입자와 중성 입자가 함께 혼합되어 있기 때문에 한 개체군에 영향을 미치는 것이 다른 개체군에도 영향을 줄 수 있습니다.
NASA의 GOLD 임무(Observations on the Global Tip and Disk Scale)는 밤에 지구 대기에서 형성되는 하전 입자의 이중 띠 중 하나에서 갑작스러운 비대칭 운동을 목격했습니다. GOLD의 독특한 관점(오른쪽)은 이러한 관찰을 가능하게 했습니다. 왜냐하면 지상 기반 장비(왼쪽)에서 수행된 다른 유형의 측정은 개방 수역에서 변화를 볼 수 없기 때문입니다. 빨간색 점은 총 전자 함량을 측정하는 접지 기반 센서로 측정한 전자 밴드 피크를 나타내고 검은색 점은 GOLD로 측정한 전자 밴드 피크를 나타냅니다. 시각화가 끝나면 측정된 피크가 다른 위치에 나타납니다. 크레딧: NASA의 과학 시각화 스튜디오
이는 전리층과 상층 대기가 태양에 의해 구동되는 지자기 폭풍과 같은 우주 기상 조건과 지상 날씨를 포함한 복잡한 요인의 조합에 의해 형성된다는 것을 의미합니다. 이 지역은 또한 통신 및 탐색을 위한 많은 신호의 고속도로 역할을 합니다. 전리층의 밀도와 구성의 변화는 전파 및 GPS와 같이 전리층을 통과하는 신호를 왜곡할 수 있습니다.
정지 궤도에 있는 상업용 통신 위성의 유리한 지점에서 GOLD는 약 30분마다 전리층의 반구 수준 관측을 수행합니다. 이 전례 없는 관점은 과학자들에게 이 지역이 어떻게 변화하고 있는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.
신비한 움직임
야행성 전리층의 가장 두드러진 특징 중 하나는 지구의 자기 적도 양쪽에 밀집된 하전 입자의 이중 띠입니다. 적도 이온화 이상(EIA)이라고 하는 이러한 밴드는 전리층의 조건에 따라 크기, 모양 및 강도가 변할 수 있습니다.
밴드는 위치를 이동할 수도 있습니다. 지금까지 과학자들은 이 지역을 통과하는 위성이 포착한 데이터에 의존해 왔으며 장기적으로 범위가 어떻게 변할지 알아보기 위해 몇 달에 걸친 측정치를 평균화했습니다. 그러나 단기적인 변화는 추적하기가 더 어려워졌습니다.
GOLD 이전에 과학자들은 밴드의 급격한 변화가 대칭적일 것이라고 의심했습니다. 북쪽 밴드가 북쪽으로 이동하면 남쪽 밴드가 남쪽으로 역이동합니다. 2018년 11월 어느 날 밤, GOLD는 그 생각에 도전하는 것을 보았습니다. 입자의 남쪽 밴드는 남쪽으로 이동하는 반면 북쪽 밴드는 안정 상태를 유지했습니다. 모두 2시간도 채 걸리지 않았습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=tQURE3GsiNs
적도 근처의 지구의 자기장(이 데이터 시각화에서 주황색 선으로 표시됨)의 모양은 대전된 입자(파란색)를 적도에서 밀어내고 적도의 북쪽과 남쪽에 두 개의 조밀한 밴드를 만들어 적도 이온 이상 현상이라고 합니다. 크레딧: NASA의 과학 시각화 스튜디오
과학자들이 띠가 이런 식으로 움직이는 것을 본 것은 이번이 처음은 아니지만, 이 더 짧은 현상(전 6~8시간의 일반적인 2시간에 비해 약 2시간)이 처음으로 목격되었으며 이전에만 관찰되었습니다. GOLD. 참고 사항은 2020년 12월 29일에 게시된 논문에 요약되어 있습니다. 지구 물리학 연구 저널: 우주 물리학.
이러한 밴드의 대칭 드리프트는 공기와 함께 대전된 입자를 끌어당기는 공기의 높이로 인해 발생합니다. 밤이 되고 기온이 차가워지면 따뜻한 공기 주머니가 올라갑니다. 이 따뜻한 공기 주머니 안에 운반되는 하전 입자는 자기장 선으로 연결되어 있으며 지구의 자기 적도 근처에 있는 주머니의 경우 지구 자기장의 모양은 위쪽으로 움직이는 움직임이 하전 입자를 수평으로 밀어낸다는 것을 의미합니다. 이것은 하전 입자의 두 밴드의 대칭적인 남북 드리프트를 생성합니다.
GOLD가 관찰한 비대칭 수차의 정확한 원인은 미스터리로 남아 있습니다. Cai는 그 답이 전리층에서 전자의 움직임을 형성하는 많은 요인(진행 중인 화학 반응, 전기장 및 높은 고도에서 불어오는 바람)의 조합에 있다고 생각합니다. 지역에서.
그러나 놀랍게도 이러한 발견은 과학자들이 전리층의 장막 뒤를 살펴보고 그 변화를 일으키는 원인을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 위성이나 지상 기반 센서로 모든 과정을 모니터링하는 것은 불가능하기 때문에 과학자들은 전리층을 연구하기 위해 기상학자들이 지구의 날씨를 예측하는 데 도움이 되는 것과 같은 컴퓨터 모델에 크게 의존합니다. 이 시뮬레이션을 만들기 위해 과학자들은 작업에서 기본 물리학으로 의심되는 것을 코딩하고 모델의 예측을 관찰된 데이터와 비교합니다.
GOLD 이전에 과학자들은 이따금 움직이는 위성과 제한된 지상 관측에서 이 데이터를 얻었습니다. 이제 GOLD는 과학자들에게 포괄적인 개요를 제공합니다.
참조: Xuguang Cai, Alan G. Burns, Wenbin Wang, Liying Qian, Jing Liu, Stanley C. Solomon, Richard W. Eastes, Robert의 “Observation of Post-Sunset OI 135.6 nm Radiation Enhancement Over South America over the Gold Expedition” E. Danielle, Carlos R. Martins, William E. McClintock 및 Inez S. Batista, 202년 12월 29일, 여기에서 사용 가능. 지구 물리학 연구 저널: 우주 물리학.
도이: 10.1029/2020JA028108
