Nuova ricerca che utilizza i dati delle osservazioni su scala globale dell'arto e del disco della NASA, o ORO, missione, ha rivelato un comportamento inaspettato nelle strisce di particelle cariche che circondano l'equatore terrestre, probabilmente secondo la visione globale a lungo termine di GOLD, il primo nel suo genere per questo tipo di misurazione.

GOLD è in orbita geostazionaria, il che significa che orbita attorno alla Terra allo stesso ritmo con cui il pianeta gira e "si libra" sullo stesso punto sopra la testa. Ciò consente a GOLD di osservare la stessa area per i cambiamenti nel tempo tra longitudine e latitudine, qualcosa che la maggior parte dei satelliti che studiano l'atmosfera superiore non può fare.

"Dato che GOLD è su un satellite geostazionario, possiamo catturare l'evoluzione temporale 2D di queste dinamiche, " ha detto il dottor Xuguang Cai, un ricercatore presso l'Osservatorio d'alta quota di Boulder, Colorado, e autore principale di un nuovo documento di ricerca.

GOLD si concentra su parti dell'atmosfera superiore della Terra che si estendono da circa 50 a 400 miglia di altitudine, compreso uno strato neutro chiamato termosfera e le particelle elettricamente cariche che compongono la ionosfera. A differenza delle particelle neutre nella maggior parte dell'atmosfera terrestre, le particelle cariche della ionosfera rispondono ai campi elettrici e magnetici che attraversano l'atmosfera e lo spazio vicino alla Terra. Ma poiché le particelle cariche e neutre sono mescolate insieme, qualcosa che influenza una popolazione può avere un impatto anche sull'altra.

Ciò significa che la ionosfera e l'alta atmosfera sono modellate da una serie di fattori complessi, comprese le condizioni meteorologiche spaziali, come tempeste geomagnetiche, guidato dal Sole e dal tempo terrestre. Queste regioni fungono anche da autostrada per molti dei nostri segnali di comunicazione e navigazione. I cambiamenti nella densità e nella composizione della ionosfera possono confondere i segnali che attraversano, come radio e GPS.

Dal suo punto di osservazione su un satellite per comunicazioni commerciali in orbita geostazionaria, GOLD effettua osservazioni a livello dell'emisfero della ionosfera ogni 30 minuti circa. Questa visione a volo d'uccello senza precedenti sta fornendo agli scienziati nuove intuizioni su come cambia questa regione.

Movimento misterioso

Una delle caratteristiche più distintive della ionosfera notturna sono le bande gemelle di particelle cariche dense su entrambi i lati dell'equatore magnetico terrestre. Queste bande, chiamate Anomalia di ionizzazione equatoriale, o EIA:può cambiare di dimensioni, forma, e intensità, a seconda delle condizioni nella ionosfera.

Le bande possono anche spostare la posizione. Fino ad ora, gli scienziati hanno fatto affidamento sui dati acquisiti dai satelliti che attraversano la regione, misurazioni medie nel corso dei mesi per vedere come le bande potrebbero spostarsi a lungo termine. Ma i cambiamenti a breve termine erano più difficili da monitorare.

Prima dell'ORO, gli scienziati sospettavano che qualsiasi rapido cambiamento nelle bande sarebbe stato simmetrico. Se la fascia settentrionale si sposta a nord, la fascia meridionale fa un movimento speculare verso sud. Una notte di novembre 2018, anche se, GOLD ha visto qualcosa che ha sfidato questa idea:la fascia meridionale di particelle si è spostata verso sud, mentre la fascia settentrionale è rimasta stabile, il tutto in meno di due ore.

Questa non è la prima volta che gli scienziati vedono le bande muoversi in questo modo, ma questo evento più breve, solo circa due ore, rispetto alle sei-otto ore più tipiche viste prima—è stato visto per la prima volta, e poteva essere osservato solo da GOLD. Le osservazioni sono delineate in un documento pubblicato il 29 dicembre, 2020, nel Journal of Geophysical Research:Space Physics .

La deriva simmetrica di queste bande è causata dall'aumento dell'aria che trascina con sé particelle cariche. Quando cala la notte e le temperature si raffreddano, sacche d'aria più calde salgono verso l'alto. Le particelle cariche trasportate all'interno di queste sacche d'aria più calde sono legate da linee di campo magnetico, e per quelle tasche vicino all'equatore magnetico terrestre la forma del campo magnetico terrestre significa che il movimento verso l'alto spinge anche le particelle cariche orizzontalmente. Questo crea la deriva simmetrica verso nord e verso sud delle due bande di particelle cariche.

La causa esatta della deriva asimmetrica osservata da GOLD è ancora un mistero, sebbene Cai sospetti che la risposta risieda in una combinazione dei molti fattori che modellano il movimento degli elettroni nella ionosfera:reazioni chimiche in corso, campi elettrici, e venti d'alta quota che soffiano attraverso la regione.

Sebbene sorprendente, questi risultati possono aiutare gli scienziati a sbirciare dietro la cortina della ionosfera e capire meglio cosa guida i suoi cambiamenti. Poiché è impossibile osservare ogni processo con un sensore satellitare o terrestre, gli scienziati si affidano molto ai modelli informatici per studiare la ionosfera, proprio come i modelli che aiutano i meteorologi a prevedere il tempo a terra. Per creare queste simulazioni, gli scienziati codificano in quella che sospettano sia la fisica sottostante al lavoro e confrontano la previsione del modello con i dati osservati.

Prima dell'ORO, gli scienziati hanno ottenuto quei dati da satelliti occasionali di passaggio e osservazioni limitate a terra. Ora, GOLD offre agli scienziati una visione dall'alto.