Los procesos en la atmósfera superior de la Tierra crean bandas de colores brillantes conocidas como airglow, como se ve aquí en una imagen tomada desde la Estación Espacial Internacional. Crédito: NASA

Nueva búsqueda con datos de NASALas observaciones a escala global de la extremidad y el disco, o misión GOLD, revelaron un comportamiento inesperado en las bandas de partículas cargadas que forman la banda ecuatorial de la Tierra, posiblemente realizada por la visión global a largo plazo de GOLD, la primera de su tipo para este tipo de medición. .

GOLD está en órbita geoestacionaria, lo que significa que orbita alrededor de la Tierra al mismo ritmo que el planeta gira y “se cierne” sobre el mismo punto de arriba. Esto permite que GOLD observe cambios en la misma área a lo largo del tiempo a lo largo de la longitud y la latitud, algo que la mayoría de los satélites que estudian la atmósfera superior no pueden hacer.

“Dado que GOLD está en un satélite geoestacionario, podemos capturar la evolución temporal en 2D de esta dinámica”, dijo el Dr. Xuguang Cai, investigador del Observatorio de Gran Altitud en Boulder, Colorado, y autor principal de un nuevo artículo de investigación.

GOLD se centra en partes de la atmósfera superior de la Tierra que se extienden desde aproximadamente 50 a 400 millas de altitud, incluida una capa neutra llamada termosfera y las partículas cargadas eléctricamente que forman la ionosfera. A diferencia de las partículas neutras en la mayor parte de la atmósfera de la Tierra, las partículas cargadas en la ionosfera responden a los campos eléctricos y magnéticos que viajan a través de la atmósfera de la Tierra y el espacio cercano a la Tierra. Pero debido a que las partículas cargadas y neutrales se mezclan, algo que influye en una población también puede afectar a otra.

La misión GOLD de la NASA, abreviatura de observaciones de miembros y discos a escala global, vio un sorprendente movimiento asimétrico en una de las bandas gemelas de partículas cargadas que se forman en la atmósfera de la Tierra durante la noche. La perspectiva única de GOLD (derecha) hizo posible esta observación, ya que otros tipos de mediciones tomadas con instrumentos terrestres (izquierda) no pueden ver los cambios que ocurren en aguas abiertas. Los puntos rojos muestran el pico de la banda de electrones medido por sensores terrestres que miden el contenido total de electrones, mientras que los puntos negros muestran el pico de la banda de electrones medido por GOLD. Al final de la vista, los picos medidos aparecen en diferentes ubicaciones. Crédito: Estudio de visualización científica de la NASA

Esto significa que la ionosfera y la atmósfera superior están formadas por una serie de factores complejos, incluidas las condiciones climáticas espaciales, como las tormentas geomagnéticas, impulsadas por el sol, y el clima de la Tierra. Estas regiones también actúan como una autopista para muchas de nuestras señales de comunicación y navegación. Los cambios en la densidad y composición de la ionosfera pueden confundir las señales de paso, como la radio y el GPS.

Desde su punto de vista sobre un satélite de comunicaciones comerciales en órbita geoestacionaria, GOLD realiza observaciones hemisféricas de la ionosfera cada 30 minutos. Esta vista panorámica sin precedentes está brindando a los científicos nuevos conocimientos sobre cómo cambia esta región.

movimiento misterioso

Una de las características más distintivas de la ionosfera nocturna son las bandas gemelas de partículas densamente cargadas a ambos lados del ecuador magnético de la Tierra. Estas bandas, llamadas anomalía de ionización ecuatorial o EIA, pueden cambiar de tamaño, forma e intensidad según las condiciones de la ionosfera.

Las bandas también pueden moverse de posición. Hasta ahora, los científicos confiaban en los datos capturados por los satélites que pasaban por la región, promediando las mediciones durante meses para ver cómo las bandas podrían estar cambiando a largo plazo. Pero los cambios a corto plazo fueron más difíciles de rastrear.

Antes de GOLD, los científicos sospechaban que cualquier cambio rápido que ocurriera en las bandas sería simétrico. Si la banda norte se mueve hacia el norte, la banda sur hace que un espejo se mueva hacia el sur. Sin embargo, una noche de noviembre de 2018, GOLD vio algo que desafió esa idea: la banda de partículas del sur se desplazó hacia el sur, mientras que la banda del norte permaneció estable, todo en menos de dos horas.

La forma del campo magnético de la Tierra (representado por líneas naranjas en esta vista de datos) cerca del ecuador aleja las partículas cargadas (azules) del ecuador, creando dos bandas densas al norte y al sur del ecuador, conocida como anomalía de ionización ecuatorial. Crédito: Estudio de visualización científica de la NASA

Esta no es la primera vez que los científicos ven cómo las bandas se mueven así, pero este evento más corto, de aproximadamente dos horas, en comparación con las seis a ocho horas más comunes vistas antes, se vio por primera vez y solo pudo haber sido observado. por GOLD. Las observaciones están contenidas en un artículo publicado el 29 de diciembre de 2020, en la Journal of Geophysical Research: Física espacial.

La deriva simétrica de estas bandas es causada por el aire ascendente que arrastra partículas cargadas con él. A medida que cae la noche y las temperaturas se enfrían, se elevan bolsas de aire más cálido. Las partículas cargadas transportadas dentro de estos bolsillos de aire más cálido están delimitadas por líneas de campo magnético, y para esos bolsillos cerca del ecuador magnético de la Tierra, la forma del campo magnético de la Tierra significa que el movimiento hacia arriba también empuja las partículas cargadas horizontalmente. Esto crea la deriva simétrica al norte y al sur de las dos bandas de partículas cargadas.

La causa exacta de la deriva asimétrica observada por GOLD sigue siendo un misterio, aunque Cai sospecha que la respuesta radica en alguna combinación de los muchos factores que dan forma al movimiento de electrones en la ionosfera: reacciones químicas continuas, campos eléctricos y vientos de gran altitud que soplan a través del región.

Si bien son sorprendentes, estos hallazgos pueden ayudar a los científicos a mirar detrás de la cortina de la ionosfera y comprender mejor qué impulsa sus cambios. Debido a que es imposible observar todos los procesos con un satélite o sensor terrestre, los científicos dependen en gran medida de los modelos informáticos para estudiar la ionosfera, como los modelos que ayudan a los meteorólogos a predecir el clima en el suelo. Para crear estas simulaciones, los científicos codifican lo que sospechan que es la física subyacente en funcionamiento y comparan la predicción del modelo con los datos observados.

Antes de GOLD, los científicos obtenían estos datos de satélites que pasaban ocasionalmente y de observaciones terrestres limitadas. Ahora, GOLD ofrece a los científicos una vista panorámica.

Referencia: “OI Post-Sunset Observation 135.6 nm Radiance Increase Over South America by the GOLD Mission” por Xuguang Cai, Alan G. Burns, Wenbin Wang, Liying Qian, Jing Liu, Stanley C. Solomon, Richard W. Eastes, Robert E . Daniell, Carlos R. Martinis, William E. McClintock e Inez S. Batista, 29 de diciembre de 202, Journal of Geophysical Research: Física espacial.
DOI: 10.1029 / 2020JA028108