Wanasayansi wameona miundo isiyotarajiwa ya umbo la X- na C katika angahewa. Wanajitahidi kuyaeleza

Kila siku, mawimbi ya redio kutoka kwa mawasiliano muhimu na satelaiti za urambazaji husafiri kwa uhuru kupitia safu ya angahewa ya Dunia inayojulikana kama ionosphere.

Inaelea maili 50 hadi 400 (kilomita 80 hadi 643) juu ya vichwa vyetu, moja kwa moja chini ya sehemu za chini kabisa za nafasi ambapo baadhi ya satelaiti za mawasiliano huzunguka, eneo hili katika angahewa la juu pia ni nyumbani kwa mafumbo mengi ambayo hayajatatuliwa – ikiwa ni pamoja na umbo la alfabeti ambalo lina umbo la alfabeti. uwezekano wa kuzuia yote ambayo mawimbi hayo ya redio hufanya ili kuweka maisha kwenye sayari yetu yaende vizuri.

Wanaastronomia wamejua kwa muda kwamba miundo yenye umbo la X inaweza kuonekana katika plasma ya ionosphere – bahari ya chembe za chaji – baada ya dhoruba za jua.

Matukio ya volkeno na hali mbaya ya hewa duniani pia inaweza kusababisha jambo hilo. Milipuko mikubwa, kama vile mlipuko wa Hunga Tonga-Hunga Ha’apai mnamo Januari 2022, iliinua chembechembe kwenye angahewa ya Dunia ambazo hufikia hata angani. Mvua ya radi na vimbunga vinaweza kuunda mawimbi ya shinikizo ambayo hupata njia ya ionosphere.

Wakati huo huo, wakati wa usiku katika vipindi hivi amilifu, wakati mionzi ya jua si kali kama vile, pia wakati mapovu yenye msongamano wa chini huonekana kwenye ionosphere.

Data ya satelaiti haijaweza kila wakati kunasa picha kamili ya kile kinachotokea katika ionosphere, lakini misheni ya NASA ya GOLD ina mtazamo wa ndege wa safu ya anga juu ya Ulimwengu wa Magharibi kutoka angani, ikionyesha jinsi sababu tofauti husababisha usumbufu katika ionosphere. .

Sasa, wanaastronomia wanaotazama data iliyokusanywa na ujumbe wa GOLD wamepata vipengele sawa vilivyo na umbo la X na Cs ambazo hazijawahi kuonekana hapo awali ambazo kwa kushangaza zinaonekana kuonekana wakati wa “nyakati za utulivu” ambapo hakukuwa na misukosuko ya anga, kulingana na utafiti mpya. Matokeo yanaboresha kile kinachojulikana kuhusu jinsi miundo isiyo ya kawaida inaweza kuunda na athari zake zinazowezekana.

Data ya misheni hiyo inawasaidia wanasayansi kuona “jinsi angahewa ya Dunia ilivyo ngumu” huku ikionyesha kuwa inabadilika zaidi kuliko inavyotarajiwa, hata wakati hakuna sababu dhahiri ya usumbufu wa alfabeti katika ionosphere, alisema Jeffrey Klenzing, mwanasayansi wa utafiti. ambaye anasoma ionosphere katika Kituo cha Ndege cha NASA cha Goddard huko Greenbelt, Maryland.

“Ningeshuku kuwa imekuwa ikitokea kila wakati,” alisema. “Na kwa kweli suala limekuwa kwamba hatujapata data ya kutosha kuona kuwa inafanyika.”

Kupata ufahamu bora wa matukio yenye umbo la herufi kunaweza kusaidia wanasayansi kufungua mienendo kati ya ionosphere na hali ya hewa – na jinsi mwingiliano unaweza kuleta hatari kwa watu na mifumo duniani.

Miamba yenye umbo la X

Ionosphere sio safu laini ya gesi kila wakati, na inabadilika kila wakati. Inakuwa na umeme wakati mwanga wa jua unaipiga. Mionzi ya jua huondoa elektroni kutoka kwa atomi na molekuli kuunda plasma inayoruhusu mawasiliano ya redio kusafiri kwa umbali mrefu.

Lakini jua linapofifia usiku, ionosphere hupungua na chembe zinazochaji mara moja hutulia na kuwa chembe zisizo na upande wowote, kulingana na NASA . Huu ndio wakati Bubbles zinaweza kuunda katika ionosphere.

Mistari ya uga wa sumaku ya dunia pia hubeba chembe zilizochajiwa zinazoelea katika angahewa hadi kwenye mikanda miwili minene kaskazini na kusini mwa ikweta ambayo hujulikana kama miamba.

Sehemu za dunia za umeme na sumaku na mvuto husababisha chembe zilizochajiwa katika ionosphere kutiririka kutoka kwa ikweta ya sumaku ya Dunia. Mwendo huu huunda miamba miwili kaskazini na kusini mwa ikweta. NASA SVS

Kwa kuzingatia msongamano wao mbalimbali, mikunjo na viputo vinavyofanana na maumbo tofauti ndani ya ionosphere vinaweza kusababisha kuingiliwa kwa mawasiliano na mawimbi ya GPS.

Ujumbe wa GOLD, au Global-scale Observations of the Limb and Disk, umekuwa ukifuatilia ionosphere tangu ilipozinduliwa Januari 2018. Setilaiti hiyo inazunguka Dunia kwa kasi sawa na ambayo sayari yetu inazunguka, na kuwezesha chombo hicho kubaki katika kuelea kila mara. juu ya Ulimwengu wa Magharibi.

GOLD iligundua ishara wazi zaidi za vipengele vya X- na C-katika 2019, 2020 na 2021 – na katika sehemu zisizotarajiwa. Ushahidi unasababisha watafiti kutilia shaka madhara yanayoweza kutokea ya Xs na Cs kwenye mawimbi ya mawasiliano katika siku zijazo.

“Dhamira ya NASA ya GOLD ndiyo ya kwanza kuchunguza maumbo ya alfabeti bila utata,” alisema Fazlul Laskar, mwandishi mkuu wa utafiti wa Aprili kuhusu maumbo ya X iliyochapishwa katika Jarida la Utafiti wa Geophysical: Fizikia ya Nafasi .

“Maumbo haya yanaonyesha kwamba ionosphere inaweza kuwa na nguvu sana wakati mwingine kuonyesha miundo isiyotarajiwa,” aliongeza Laskar, mwanasayansi wa utafiti katika Chuo Kikuu cha Colorado Maabara ya Fizikia ya Anga na Nafasi. “Pia, inaonyesha kuwa hali ya hewa ya chini ya anga inaweza kuwa na athari kubwa kwenye ionosphere.”

Kipengele angavu, chenye umbo la X kilionekana kwenye ionosphere mnamo Oktoba 7, 2019. NASA SVS

DHAHABU ikiangalia matukio mengi ya Xs kuunda “wakati wa hali ya utulivu wa kijiografia” – badala ya wakati wa machafuko ya anga kama vile dhoruba za jua au hali ya hewa ya dunia, wakati zilionekana hapo awali – sasa inawaambia wanasayansi utaratibu mwingine lazima uwe na jukumu la kuunda maumbo, Laskar alisema. . Miundo ya kompyuta inaashiria mabadiliko katika angahewa ya chini inayovuta plasma kwenda chini kama maelezo yanayowezekana, kulingana na utafiti.

“(Mwonekano wa) X ni wa kushangaza kwa sababu ina maana kwamba kuna sababu nyingi zaidi za kuendesha gari,” Klenzing alisema. Hakuhusika katika utafiti wa Aprili. “Hii inatarajiwa wakati wa matukio makubwa, lakini kuiona wakati wa ‘wakati wa utulivu’ inaonyesha kuwa shughuli ya angahewa ya chini inaongoza kwa kiasi kikubwa muundo wa ionospheric.”

Uchunguzi kutoka GOLD unaonyesha chembe zilizochajiwa zinazounda umbo la X katika ionosphere mnamo Oktoba 7, 2019. F. Laskar et al.

Viputo vya C havijawahi kuonekana

Kando, GOLD pia iliona viputo vya plazima vyenye umbo la C ambavyo vinaweza kuathiriwa na mambo mengine.

Kwa kawaida, viputo vya plazima ni virefu na vilivyonyooka kwa sababu huunda kwenye mistari ya uga wa sumaku wa Dunia. Lakini baadhi ya mapovu hayo yanafanana na maumbo yaliyopinda, ambayo yanafanana na Cs au C ya kinyume, na wanasayansi wanafikiri kuwa yanaweza kuumbwa na upepo wa Dunia.

Ingawa maumbo ya C yanaweza kutokea iwapo upepo utaongezeka kwa mwinuko, C ya kinyume inaweza kutokea iwapo upepo utapungua kwa mwinuko, kulingana na miundo ya utafiti.

Uchunguzi wa GOLD ulinasa viputo vya plasma vyenye umbo la C na kurudi nyuma vilivyo karibu katika ionosphere mnamo Oktoba 12, 2020, na Desemba 26, 2021. Kwa hisani ya D. Karan et al.

“Ni kidogo kama mti unaokua katika eneo lenye upepo,” Klenzing alisema. “Ikiwa pepo kwa kawaida ziko mashariki, mti huanza kuinamia na kukua upande huo.”

Lakini GOLD iliona viputo vya plasma vyenye umbo la C na kinyumenyume chenye umbo la C vikiwa karibu sana, umbali wa maili 400 tu (kilomita 644), au umbali wa takriban kati ya Baltimore na Boston, kulingana na utafiti wa Novemba 2023 uliochapishwa katika Jarida la Utafiti wa Kijiofizikia: Fizikia ya Nafasi .

“Katika ukaribu huo wa karibu, viputo hivi viwili vya plasma vyenye umbo tofauti havijawahi kufikiria, havijawahi kupigwa picha,” alisema Deepak Karan, mwanasayansi wa utafiti katika Maabara ya Fizikia ya Anga na Anga ya Chuo Kikuu cha Colorado. Karan anafanya kazi kwenye dhamira ya DHAHABU na ndiye mwandishi mkuu wa utafiti wa umbo la C na mwandishi mwenza wa utafiti wa umbo la X.

Shughuli inayofanana na kimbunga, kikata upepo au kimbunga kinaweza kusababisha mtikisiko katika angahewa unaosababisha mabadiliko ya mifumo ya upepo katika eneo dogo kama hilo, Karan alisema. Lakini hawakutarajia kamwe kuona viputo vilivyo na muundo tofauti vikiwa karibu sana.

“Ukweli kwamba tuna maumbo tofauti sana ya Bubbles karibu hii inatuambia kwamba mienendo ya angahewa ni ngumu zaidi kuliko tulivyotarajia,” Klenzing alisema.

Hadi sasa, GOLD imeona matukio mawili tu ya jozi za karibu, lakini Bubbles za umbo la C zina uwezo wa kuharibu mawasiliano.

“Ni muhimu sana kujua kwa nini hii inafanyika,” Karan alisema. “Ikiwa vortex au shear yenye nguvu sana katika plasma imetokea, hii itapotosha kabisa plasma kwenye eneo hilo. Ishara zitapotea kabisa kwa usumbufu mkubwa kama huu.”

Karan alisema vimbunga hivi, ambavyo vinaweza kudumu kwa saa nyingi, vinafanana na vimbunga vinavyotokea katika angahewa ya chini ya Dunia, lakini wanasayansi wa chemchemi hawawezi kusuluhisha ni jinsi miundo inavyoundwa katika ionosphere wakati wa “wakati wa utulivu.”

Viputo vyenye umbo la C na kinyumenyume vyenye umbo la C kuanzia Oktoba 2020 na Desemba 2021 vinaonekana kama vipengele vya rangi ya samawati iliyokolea kati ya miamba miwili angavu. NASA SVS

“Kufunua fumbo la uundaji wa viputo vya plasma sio tu udadisi wa kisayansi lakini pia ni muhimu kwa vitendo kwa kupunguza athari mbaya kwenye mifumo ya mawasiliano na urambazaji,” alisema.

Majaribio ya kuelewa jinsi Bubbles huunda karibu sana na zana za sasa za uundaji hazijafaulu, Karan alisema. Ni matumaini yake kwamba kwa kuchapisha utafiti na kujumuisha njia zote zinazowezekana za uundaji, jumuiya ya kisayansi inaweza kuja pamoja ili kutatua fumbo hilo.

Hifadhi ya dhahabu ya data

Ujumbe wa GOLD unafaa vizuri kunasa vipengele visivyotarajiwa katika ionosphere kwa sababu ya obiti yake. Ingawa ujumbe wa awali wa satelaiti ungeweza tu kunasa kipande kidogo cha tukio katika kipimo kimoja, GOLD inaweza kuchukua picha nyingi za tukio kwa muda wa saa nyingi, Laskar alisema. Na anatarajia vipengele vya kushangaza zaidi kufunuliwa katika data ya GOLD katika siku zijazo.

“Kwa sababu ya mtazamo mpana na vipimo vinavyoendelea, GOLD imeturuhusu kuchunguza mafumbo haya ndani ya ionosphere,” Karan alisema.

Alisema kuna maswali mengi ambayo hayajajibiwa kuhusu safu hii ya angahewa, kama vile jinsi mabadiliko katika angahewa ya chini na shughuli za jua huathiri mwendo wa chembe za chaji katika ionosphere.

Ikizingatiwa kuwa dhoruba za jua zinaweza kuongezeka kwa sababu ya jua kukaribia kilele cha mzunguko wake wa miaka 11, unaoitwa upeo wa jua , wanaastronomia pia wanataka kuwa na ufahamu bora wa jinsi muundo wa ionosphere hubadilika wakati wa hafla kwa sababu uvimbe wa ghafla wa chembe zilizochajiwa unaweza kuongeza mvuto. kwenye satelaiti na kufupisha muda wa maisha yao, Karan alisema.

Mikondo ya umeme pia inapita katika ionosphere, na kuongezeka kwa mkondo wa umeme wakati wa dhoruba za jua kunaweza kuharibu njia za usambazaji na transfoma ya ardhini, alisema.

Wakati wa dhoruba ya sumakuumeme ya Mei 10 iliyoikumba Dunia, kampuni ya trekta John Deere iliripoti kwamba baadhi ya wateja wanaotegemea GPS kwa kilimo cha usahihi walipata usumbufu .

“Athari kubwa zaidi kwa tasnia ya kilimo ilizingatia mifumo ya mwongozo ya GPS,” Tim Marquis, meneja mkuu wa bidhaa huko John Deere, katika taarifa. “Vipokezi vya GPS hufanya kazi wakati ishara inapokewa mara kwa mara, kama vile mpigo kutoka kwa metronome, kutoka kwa setilaiti katika obiti. Wakati wa dhoruba za jua, mawimbi hayo hupiga ‘ukungu’ wa chembe zilizochajiwa na inaweza kupotea. Na mashine haziwezi kujua ziko wapi kutokana na uingiliaji huu.”

Taswira hii ya NASA ya data ya GOLD inaonyesha ionosphere ya Dunia katika mwanga wa urujuanimno. NASA SVS

Matokeo yanayosubiri kutoka kwa tafiti za data ya GOLD wakati wa dhoruba ya sumakuumeme ya Mei 10 inaweza kusaidia wanaastronomia katika uundaji wa mfumo wa utabiri wa anga za juu, Laskar alisema.

“Jambo moja tunalohitaji kuwa nalo ni mfumo wa utabiri wa hali ya anga wa anga ambao unaweza kutueleza ni lini tutakuwa na matatizo na mawimbi ya GPS na wakati mizunguko ya satelaiti inaweza kuhitaji kurekebishwa ili kuepuka migongano ya maafa,” alisema.

Kupoteza mawimbi ya GPS Duniani si jambo la kuudhi tu kwa watu wanaojaribu kutafuta eneo ambalo hawajawahi kufika. Ishara za urambazaji hutumiwa sana katika usafirishaji, usafirishaji, kilimo na ujenzi, pia.

Wakati Bubbles, crests au dhoruba za jua huharibu usambazaji wa plasma katika ionosphere, mawimbi ya redio yanayopitia safu ya anga yanaweza kubadilishwa, kupotea au kufifia, Karan alisema.

“Kunaweza kuwa na athari za kutishia maisha kutokana na upotezaji wa ghafla wa mawimbi ya GPS katika ndege, meli, na magari ambayo ni ya kutisha kufikiria,” alisema.

Dhahabu za dhahabu na dhamira za siku zijazo zinaweza kusaidia wanasayansi kuelewa vyema matukio yanayofanya kazi nyuma ya vipengele hivi vya X na C vilivyotazamwa hivi majuzi – na hata pengine kutabiri mabadiliko kama haya kabla ya kutokea katika ionosphere.

“Mojawapo ya changamoto kwa watafiti wa ionospheric ni hatimaye kuweza kutabiri mienendo yake mapema,” Laskar alisema, “ili tuwe tayari kwa upotezaji wa mawimbi ya GPS na kukatizwa kwa mawasiliano ya satelaiti.”