Astronomi znaju već neko vrijeme, eksperti su zbunjeni, priča se pretvara u veliki misterij: ‘Stvarno je važno otkriti što se događa‘

Svaki dan radio signali s ključnih komunikacijskih i navigacijskih satelita slobodno putuju kroz sloj Zemljine atmosfere poznat kao ionosfera.

Lebdeći od 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, piše CNN.

Astronomi već neko vrijeme znaju da se kreste u obliku slova X mogu pojaviti u plazmi ionosfere — moru nabijenih čestica — nakon solarnih oluja.

Vulkanska aktivnost i ekstremni vremenski uvjeti na Zemlji također mogu uzrokovati fenomen. Ogromne erupcije, poput erupcije Hunga Tonga-Hunga Ha‘apai u siječnju 2022., izbacuju čestice u Zemljinu atmosferu koje čak dosežu svemir. Oluje s grmljavinom i uragani mogu stvoriti tlačne valove koji pronalaze put do ionosfere.

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 tijekom "tihih vremena" kada nije bilo atmosferskih poremećaja, tvrdi se u 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 Zemljina atmosfera složena" dok pokazuju da je promjenjivija od očekivanog, čak i kada ne postoji očit uzrok iza poremećaja u obliku abecede u ionosferi, rekao je Jeffrey Klenzing, znanstveni znanstvenik koji proučava ionosferu u NASA-inom Goddard Space Flight Centru u Greenbeltu, u Marylandu.

Stjecanje boljeg razumijevanja fenomena u obliku slova može pomoći znanstvenicima da razotkriju dinamiku između ionosfere i vremenskih prilika - i kako to međusobno djelovanje može predstavljati rizike za ljude i sustave na Zemlji.

Ionosfera nije uvijek savršeno gladak sloj plina i neprestano se mijenja. Postaje naelektrizirana kada na nju padne sunčeva svjetlost. Sunčevo zračenje izbacuje elektrone iz 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, kažu iz NASA-e. 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 Global.Scale Observations of the Limb and Disk, prati ionosferu otkako je lansirana u siječnju 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 travanjske studije o X oblicima objavljene u Journal of Geophysical Research: Space Physics.

"Ovi oblici otkrivaju da ionosfera ponekad može biti vrlo dinamična pokazujući neočekivane strukture", dodao je Laskar, 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 primjere X-ova koji se formiraju "tijekom tihih geomagnetskih uvjeta" - umjesto tijekom atmosferskih poremećaja poput solarnih oluja ili zemaljskog vremena, kada su se prije vidjeli - a to govori znanstvenicima da neki drugi mehanizam mora biti 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. On nije bio uključen u travanjsku studiju. "Ovo se očekuje tijekom ekstremnih događaja, ali promatranje tijekom ‘mirnog vremena‘ sugerira da aktivnost niže atmosfere značajno utječe na strukturu ionosfere."

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 C ili obrnuti C, i znanstvenici 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 644 kilometra jedan od drugoga, prema studiji iz studenog 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, kretanje 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 jedne drugima.

"Stvarno je važno otkriti zašto se to događa", rekao je Karan. “Ako je došlo do vrtloga ili jakog pomicanja u plazmi, to će potpuno iskriviti plazmu u tom području. Signali će se potpuno izgubiti s ovakvim jakim poremećajem.”

"Razotkrivanje misterija ovih formacija mjehurića plazme nije samo znanstvena zanimljivost, već je i od praktične važnosti za ublažavanje štetnih učinaka na komunikacijske i navigacijske sustave", rekao je.

Pokušaji da se shvati kako se mjehurići formiraju tako blizu jedan drugome s trenutnim alatima za modeliranje bili su neuspješni, rekao je Karan. On se nada da će se objavljivanjem istraživanja i uključivanjem svih mogućih mehanizama formiranja znanstvena zajednica moći ujediniti kako bi riješila tajnu.

Misija GOLD je zbog svoje orbite prikladna za snimanje neočekivanih obilježja u ionosferi. Dok su prethodne satelitske misije mogle snimiti samo mali dio događaja u jednoj dimenziji, GOLD može snimiti više slika događaja tijekom nekoliko sati, rekao je Laskar. I očekuje da će u GOLD-ovim podacima u budućnosti biti otkriveno još više iznenađujućih značajki.

"Zbog tako širokog pogleda i kontinuiranih mjerenja, GOLD nam je omogućio promatranje ovih misterija unutar ionosfere", rekao je Karan.

Rekao je da postoje mnoga pitanja koja ostaju neodgovorena o ovom atmosferskom sloju, poput toga kako promjene u nižoj atmosferi i solarna aktivnost utječu na kretanje nabijenih čestica u ionosferi.

S obzirom na to da bi se solarne oluje mogle pojačati zbog sunca koje se približava vrhuncu svog 11-godišnjeg ciklusa, koji se naziva solarni maksimum, astronomi također žele bolje razumjeti kako se sastav ionosfere mijenja tijekom događaja jer iznenadni porast nabijenih čestica može povećati otpor na satelite i skratiti im životni vijek, rekao je Karan.

Električne struje također se pojavljuju u ionosferi, a povećanje električne struje tijekom solarnih oluja može oštetiti dalekovode i zemaljske transformatore na Zemlji, rekao je.

Tijekom geomagnetske oluje koja je 10. svibnja pogodila Zemlju, traktorska tvrtka John Deere izvijestila je da su neki kupci koji se oslanjaju na GPS za preciznu poljoprivredu doživjeli poremećaj.

"Najveći utjecaj na poljoprivrednu industriju usredotočen je na GPS sustave za navođenje", rekao je Tim Marquis, viši voditelj proizvoda u John Deereu, u izjavi. “GPS prijamnici rade kada se signal prima u redovitim intervalima, poput otkucaja metronoma, sa satelita u orbiti. Tijekom solarnih oluja taj signal pogađa ‘maglu‘ nabijenih čestica i može se izgubiti. A strojevi ne mogu točno znati gdje su zahvaljujući ovoj smetnji."

Rezultati studija GOLD podataka tijekom geomagnetske oluje 10. svibnja mogli bi pomoći astronomima u razvoju sustava za predviđanje svemirskog vremena, rekao je Laskar.

"Jedna stvar koju trebamo imati je sustav za prognoziranje svemirskog vremena koji bi nam mogao reći kada ćemo imati problema s GPS signalima i kada će orbite satelita možda trebati prilagoditi kako bismo izbjegli katastrofalne sudare", rekao je.

Gubitak GPS signala na Zemlji nije neugodan samo za ljude koji pokušavaju pronaći lokaciju na kojoj nikada nisu bili. Navigacijski signali također se široko koriste u pomorstvu, transportu, poljoprivredi i građevinarstvu.

Kada mjehurići, vrhovi ili solarne oluje poremete distribuciju plazme u ionosferi, radio signali koji prolaze kroz atmosferski sloj mogu se promijeniti, izgubiti ili nestati, rekao je Karan, piše CNN.

"Moglo bi doći do događaja opasnih po život zbog iznenadnog gubitka GPS signala u zrakoplovima, brodovima i automobilima, što je čak i zastrašujuće zamisliti", rekao je.

Koncepti GOLD i budućih misija mogli bi pomoći znanstvenicima da bolje razumiju fenomene koji stoje iza ovih nedavno opaženih X i C obilježja — pa čak možda i predvide takve promjene prije nego što se dogode u ionosferi.

"Jedan od izazova za istraživače ionosfere je da eventualno budu u stanju unaprijed predvidjeti njegovu dinamiku", rekao je Laskar, "tako da možemo biti spremni na gubitak GPS signala i prekide satelitske komunikacije."