Svaki dan, radio signali s ključnih komunikacijskih i navigacijskih satelita slobodno putuju kroz sloj Zemljine atmosfere poznat kao ionosfera.
Lebdeći 50 do 400 milja (80 do 643 kilometra) iznad naših glava, izravno ispod najnižih dijelova svemira gdje kruže neki komunikacijski sateliti, ova zona u višoj atmosferi također je dom mnogim neriješenim zagonetkama - uključujući onu u obliku abecede koja ima potencijal da osujeti sve što ti radio signali čine kako bi život na našem planetu tekao glatko.
Astronomi već neko vrijeme znaju da se kreste u obliku slova X mogu pojaviti u plazmi ionosfere - moru nabijenih čestica - nakon solarnih oluja.
Vulkanski događaji i ekstremni vremenski uvjeti na Zemlji također mogu uzrokovati fenomen. Ogromne erupcije, poput erupcije Hunga Tonga-Hunga Ha’apai u januaru 2022., izbacuju čestice u Zemljinu atmosferu koje čak dosežu svemir. Oluje s grmljavinom i uragani mogu stvoriti tlačne valove koji pronalaze put do ionosfere.
U međuvremenu, noću tokom ovih aktivnih razdoblja, kada sunčevo zračenje nije tako jako, također se u ionosferi pojavljuju mjehurići niske gustoće.
Satelitski podaci nisu uvijek mogli uhvatiti potpunu sliku onoga što se događa u ionosferi, ali NASA-ina misija GOLD ima pogled iz ptičje perspektive na sloj atmosfere iznad zapadne hemisfere iz svemira, otkrivajući kako različiti čimbenici uzrokuju poremećaje u ionosferi .
Astronomi su sada, gledajući podatke prikupljene misijom GOLD, pronašli slične značajke u obliku X-ova i nikad prije viđenih C-ova za koje se iznenađujuće čini da su se pojavile tokom "tihih vremena" kada nije bilo atmosferskih poremećaja, prema novom istraživanju. Nalazi preokreću ono što se zna o tome kako bi neobične strukture mogle nastati i njihovim mogućim utjecajima.
Podaci misije pomažu znanstvenicima da vide "koliko je složena Zemljina atmosfera" dok pokazuju da je promjenjivija nego što se očekivalo, čak i kada ne postoji očit uzrok iza poremećaja u obliku abecede u ionosferi, rekao je Jeffrey Klenzing, naučnik koji proučava ionosferu u NASA-inom Goddard Space Flight Centru u Greenbeltu, Maryland.
"Sumnjao bih da se to oduvijek događa", rekao je. "A problem je zapravo bio u tome što nismo imali dovoljno podataka da stvarno vidimo da se to događa."
Sticanje boljeg razumijevanja fenomena u obliku slova može pomoći naučnicima da otključaju dinamiku između ionosfere i vremenskih prilika - i kako to međusobno djelovanje može predstavljati rizike za ljude i sustave na Zemlji.
Kreste u obliku slova X
Ionosfera nije uvijek savršeno gladak sloj plina i neprestano se mijenja. Postaje naelektriziran kada na njega padne sunčeva svjetlost. Sunčevo zračenje izbacuje elektrone s atoma i molekula stvarajući plazmu koja omogućuje prijenos radijske komunikacije na velike udaljenosti.
No kako sunce blijedi noću, ionosfera se stanji, a nekoć nabijene čestice talože se i postaju neutralne čestice, prema NASA-i. Tada se mogu stvoriti mjehurići u ionosferi.
Linije Zemljinog magnetskog polja također prenose nabijene čestice koje slobodno lebde u atmosferi do dva gusta pojasa sjeverno i južno od ekvatora koji su poznati kao vrhovi.
S obzirom na njihovu različitu gustoću, vrhovi i mjehurići koji podsjećaju na različite oblike unutar ionosfere mogu uzrokovati smetnje komunikacijskim i GPS signalima.
GOLD, ili globalna misija Observations of the Limb and Disk, prati ionosferu otkako je lansirana u januaru 2018. Satelit kruži oko Zemlje istom brzinom kojom se okreće naš planet, omogućujući svemirskoj letjelici da ostane u stalnom lebdenju nad zapadnom hemisferom.
GOLD je uočio najjasnije znakove obilježja u obliku slova X i C 2019., 2020. i 2021. godine — i to na neočekivanim mjestima. Dokazi navode istraživače da propituju potencijalne učinke X-ova i C-ova na komunikacijske signale u budućnosti.
“NASA-ina misija GOLD prva je koja je nedvosmisleno promatrala abecedne oblike”, rekao je Fazlul Laskar, glavni autor aprilske studije o X oblicima objavljenoj u Journal of Geophysical Research: Space Physics.
"Ovi oblici otkrivaju da ionosfera ponekad može biti vrlo dinamična pokazujući neočekivane strukture", dodao je Laskar, znanstveni znanstvenik u Laboratoriju za atmosfersku i svemirsku fiziku Sveučilišta Colorado. "Također, to pokazuje da bi vrijeme u nižoj atmosferi moglo imati ogroman utjecaj na ionosferu."
GOLD promatra višestruke slučajeve X-ova koji se formiraju "tokom tihih geomagnetskih uvjeta" - umjesto tijekom atmosferskih poremećaja kao što su solarne oluje ili zemaljsko vrijeme, kada su ranije viđeni - sada govori znanstvenicima da je neki drugi mehanizam odgovoran za formiranje oblika, rekao je Laskar . Računalni modeli ukazuju na promjene u nižim slojevima atmosfere koje povlače plazmu prema dolje kao moguće objašnjenje, prema studiji.
"(Izgled) X je čudan jer implicira da postoji mnogo više lokaliziranih pokretačkih čimbenika", rekao je Klenzing. Nije bio uključen u aprilsku studiju. "Ovo se očekuje tijekom ekstremnih događaja, ali promatranje tijekom 'mirnog vremena' sugerira da aktivnost niže atmosfere značajno utječe na strukturu ionosfere."
Nikada prije viđeni C mjehurići
Zasebno, GOLD je također uočio mjehuriće plazme u obliku slova C na koje mogu utjecati drugi čimbenici.
Obično su mjehurići plazme dugi i ravni jer se formiraju duž linija Zemljinog magnetskog polja. Ali neki od mjehurića nalikuju zakrivljenim oblicima, koji izgledaju kao Cs ili obrnuti Cs, i naučnici misle da bi ih mogli oblikovati Zemljini vjetrovi.
Dok se oblici C mogu formirati ako vjetrovi rastu s visinom, obrnuti C-ovi mogu nastati ako vjetrovi opadaju s visinom, prema modelima istraživanja.
"Pomalo je poput drveta koje raste u vjetrovitom području", rekao je Klenzing. "Ako su vjetrovi obično istočni, stablo se počinje naginjati i rasti u tom smjeru."
Ali GOLD je promatrao mjehuriće plazme u obliku slova C i obrnutog oblika slova C neobično blizu jedan uz drugog, samo oko 400 milja (644 kilometra) jedan od drugoga, što je otprilike udaljenost između Baltimorea i Bostona, prema studiji iz novembra 2023. objavljenoj u Journal of Geophysical Research: Svemirska fizika.
"Unutar te blizine, ova dva plazma mjehurića suprotnog oblika nikada se nisu zamislila, nikada nisu snimljena", rekao je Deepak Karan, istraživač u Laboratoriju za atmosfersku i svemirsku fiziku Sveučilišta u Coloradu. Karan radi na misiji GOLD i glavni je autor studije C-oblika i koautor studije X-oblika.
Aktivnost slična tornadu, smicanje vjetra ili vrtlog mogli bi stvarati turbulencije u atmosferi koje uzrokuju promjenu uzoraka vjetra na tako malom području, rekao je Karan. Ali nikada nisu očekivali da će tako suprotno strukturirane mjehuriće vidjeti tako blizu jedan drugome.
"Činjenica da imamo vrlo različite oblike mjehurića tako blizu jedan drugome govori nam da je dinamika atmosfere složenija nego što smo očekivali", rekao je Klenzing.
Do sada je GOLD primijetio samo dva slučaja bliskih parova, ali mjehurići u obliku slova C mogu poremetiti komunikaciju.
"Stvarno je važno otkriti zašto se to događa", rekao je Karan. “Ako je došlo do vrtloga ili jakog smicanja u plazmi, to će potpuno iskriviti plazmu u tom području. Signali će se potpuno izgubiti s ovakvim jakim poremećajem.”
Karan je rekao da ovi vrtlozi, koji mogu trajati satima, nalikuju tornadima koji se javljaju u Zemljinoj nižoj atmosferi, ali zagonetka koju naučnici ne mogu riješiti jest kako se strukture formiraju u ionosferi tokom "mirnog vremena".
