L’œil d’oiseau de la NASA Gold révèle une dynamique mystérieuse à l’interface de la Terre avec l’espace

Les processus dans la haute atmosphère terrestre créent des zones de couleurs vives connues sous le nom d’éblouissement atmosphérique, comme on le voit ici dans une image prise depuis la Station spatiale internationale. crédit : NASA

Nouvelle recherche utilisant les données de NasaLa mission Global Extremity and Disc Observation, ou GOLD, a révélé un comportement inattendu dans les étendues de particules chargées reliant l’équateur terrestre – peut-être grâce à la vision globale à longue portée de GOLD, la première du genre pour ce type. de la mesure.

L’or est en orbite géostationnaire, ce qui signifie qu’il orbite autour de la Terre à la même vitesse que la planète et qu’il « plane » au même endroit. Cela permet à GOLD de voir la même région pour les changements au fil du temps à travers la longitude et la latitude, ce que la plupart des satellites étudiant la haute atmosphère ne peuvent pas faire.

« Parce que GOLD est sur un satellite géostationnaire, nous pouvons capturer une évolution temporelle bidimensionnelle de ces dynamiques », a déclaré le Dr Xuguang Cai, chercheur à l’Observatoire de haute altitude de Boulder, Colorado, et auteur principal d’un nouveau document de recherche.

GOLD se concentre sur des parties de la haute atmosphère terrestre qui s’étendent sur une hauteur d’environ 50 à 400 milles, y compris une couche neutre appelée thermosphère et les particules chargées électriquement qui composent l’ionosphère. Contrairement aux particules neutres dans la majeure partie de l’atmosphère terrestre, les particules chargées dans l’ionosphère répondent aux champs électriques et magnétiques traversant l’atmosphère et l’espace proche de la Terre. Mais parce que les particules chargées et neutres sont mélangées, quelque chose qui affecte une population peut également en affecter une autre.

La mission Or de la NASA

La mission GOLD de la NASA – abréviation de Global Observations of the Limb and Disk – a vu un mouvement asymétrique soudain dans l’une des doubles bandes de particules chargées qui se forment dans l’atmosphère terrestre la nuit. La perspective unique de GOLD (à droite) a rendu cette observation possible, car d’autres types de mesures effectuées à partir d’instruments au sol (à gauche) ne peuvent pas voir les changements au-dessus de l’eau libre. Les points rouges montrent le pic de bande d’électrons mesuré par des capteurs au sol mesurant la teneur totale en électrons, tandis que les points noirs montrent le pic de bande d’électrons mesuré par GOLD. A la fin de la visualisation, les pics mesurés apparaissent à différents endroits. Crédit : Studio de visualisation scientifique de la NASA

Cela signifie que l’ionosphère et la haute atmosphère sont façonnées par une combinaison complexe de facteurs, notamment les conditions météorologiques spatiales – telles que les tempêtes géomagnétiques provoquées par le soleil – et la météorologie terrestre. Ces zones servent également d’autoroute pour bon nombre de nos signaux de communication et de navigation. Les changements dans la densité et la composition de l’ionosphère peuvent déformer les signaux qui la traversent, tels que la radio et le GPS.

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Depuis son point de vue sur un satellite de communication commercial en orbite géostationnaire, GOLD effectue des observations au niveau de l’hémisphère de l’ionosphère toutes les 30 minutes environ. Cette vue sans précédent donne aux scientifiques de nouvelles informations sur l’évolution de cette région.

mouvement mystérieux

L’une des caractéristiques les plus distinctives de l’ionosphère nocturne est la double bande de particules densément chargées de chaque côté de l’équateur magnétique terrestre. Ces bandes – appelées anomalies d’ionisation équatoriale, ou EIA – peuvent changer de taille, de forme et d’intensité, en fonction des conditions dans l’ionosphère.

Les bandes peuvent également déplacer leur position. Jusqu’à présent, les scientifiques se sont appuyés sur les données capturées par les satellites traversant la région, en faisant la moyenne des mesures sur des mois pour voir comment les portées pourraient changer à long terme. Mais les changements à court terme ont été plus difficiles à suivre.

Avant GOLD, les scientifiques soupçonnaient que tout changement rapide dans les bandes serait symétrique. Si la bande nord se déplace vers le nord, alors la bande sud effectue un mouvement inverse vers le sud. Une nuit de novembre 2018, GOLD a vu quelque chose qui a remis en cause cette idée : la bande sud de particules a dérivé vers le sud, tandis que la bande nord est restée stable, le tout en moins de deux heures.


La forme du champ magnétique terrestre (représenté par les lignes oranges dans cette visualisation de données) près de l’équateur éloigne les particules chargées (bleues) de l’équateur, créant deux bandes denses au nord et au sud de l’équateur connues sous le nom d’anomalie ionique équatoriale. Crédit : Studio de visualisation scientifique de la NASA

Ce n’est pas la première fois que les scientifiques voient les bandes se déplacer de cette manière, mais cet événement plus court – seulement environ deux heures, comparé aux deux heures plus typiques de six à huit heures vues auparavant – a été vu pour la première fois, et pourrait n’ont été observés qu’auparavant. Les notes sont décrites dans un article publié le 29 décembre 2020, à Journal of Geophysical Research : physique de l’espace.

La dérive symétrique de ces bandes se produit en raison de la hauteur de l’air qui entraîne avec lui les particules chargées. À mesure que la nuit tombe et que les températures se refroidissent, des poches d’air plus chaud s’élèvent. Les particules chargées transportées dans ces poches d’air plus chaudes sont reliées par des lignes de champ magnétique, et pour ces poches près de l’équateur magnétique terrestre, la forme du champ magnétique terrestre signifie que le mouvement ascendant pousse également les particules chargées horizontalement. Cela crée la dérive nord-sud symétrique des deux bandes de particules chargées.

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La cause exacte de l’aberration asymétrique observée par GOLD reste un mystère – bien que Cai soupçonne que la réponse réside dans une combinaison des nombreux facteurs qui façonnent le mouvement des électrons dans l’ionosphère : les réactions chimiques en cours, les champs électriques et les vents à haute altitude soufflant dans la région.

Surprenant cependant, ces découvertes pourraient aider les scientifiques à regarder derrière le rideau de l’ionosphère et à mieux comprendre ce qui motive ses changements. Puisqu’il est impossible de surveiller chaque processus avec un satellite ou un capteur au sol, les scientifiques s’appuient fortement sur des modèles informatiques pour étudier l’ionosphère, tels que ceux qui aident les météorologues à prédire le temps sur Terre. Pour créer cette simulation, les scientifiques codent ce qu’ils soupçonnent d’être la physique sous-jacente à l’œuvre et comparent la prédiction du modèle avec les données observées.

Avant GOLD, les scientifiques obtenaient ces données à partir de satellites en transit occasionnels et d’observations limitées au sol. Désormais, GOLD donne aux scientifiques une vue d’ensemble complète.

Référence : « Observation of Post-Sunset OI 135,6 nm Radiation Enhancement Over South America by the Gold Expedition » par Xuguang Cai, Alan G. Burns, Wenbin Wang, Liying Qian, Jing Liu, Stanley C. Solomon, Richard W. Eastes, Robert E. Danielle, Carlos R. Martins, William E. McClintock et Inez S. Batista, 29 décembre 202, disponible ici. Journal of Geophysical Research : physique de l’espace.
doi: 10.1029/ 2020JA028108

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