To hoveder er bedre end ét:ICON og GOLD går sammen for at udforske jordens grænseflade til rummet

Ligesom Jorden, rummet har vejr. Undtagen i stedet for hvirvlende vinde og regnskyl, rumvejr defineres ved at flytte elektriske og magnetiske felter og regn af ladede partikler. I begyndelsen af ​​rummet, starter kun 60 miles over jordens overflade, der er et lag af atmosfæren, der skifter og ændrer sig i takt med begge typer vejr.

Over ozonlaget, ionosfæren er en del af Jordens atmosfære, hvor partikler er blevet kogt ind i et hav af elektrisk ladede elektroner og ioner ved solens stråling. Ionosfæren er forbundet med de allerhøjeste – og ret tynde – lag af Jordens neutrale øvre atmosfære, gør denne region til et område, der konstant er i forandring, der gennemgår push-and-pull mellem Jordens forhold og dem i rummet. I stigende grad, disse lag af nær-jordens rum er en del af det menneskelige domæne, da det ikke kun er hjemsted for astronauter, men til radiosignaler, der bruges til at guide fly og skibe, og satellitter, der leverer vores kommunikations- og GPS-systemer. At forstå de grundlæggende processer, der styrer vores øvre atmosfære og ionosfære, er afgørende for at forbedre situationsbevidstheden, der hjælper med at beskytte astronauter, rumfartøjer og mennesker på jorden.

To nye NASA-missioner går sammen om at udforske dette lidt forståede område, der er tæt på hjemmet, men historisk svært at observere. De globale observationer af lemmer og disk, eller GULD, instrument lanceres ombord på en kommerciel kommunikationssatellit i januar 2018, og Ionospheric Connection Explorer, eller ICON, rumfartøjer lanceres senere i 2018. Sammen, de vil give de mest omfattende observationer af ionosfæren, vi nogensinde har haft.

De to missioner giver forskellige, men komplementære perspektiver:ICON, i lav kredsløb om jorden, flyver direkte gennem og lige over områder af interesse, at fange detaljerede fjern- og in situ-data om de kræfter, der former dette område. GULD, i geostationær kredsløb over den vestlige halvkugle, vil opbygge en fuld diskvisning af ionosfæren og den øvre atmosfære hver halve time, at levere detaljerede målinger i stor skala af relaterede processer - en kadence, der gør det til den første mission, der er i stand til at overvåge det sande vejr i den øvre atmosfære, snarere end klimaets længere cyklusser. GOLD er også i stand til at fokusere på et strammere område og scanne hurtigere, at supplere yderligere forskningsplaner efter behov.

Missionerne kan sammenlignes med fotografering, vi kender til på Jorden. GOLD har specialiseret sig i landskaber ud fra deres synspunkt 22, 000 miles over planetens overflade og ICON - i 350 miles over Jorden - fanger detaljerede nærbilleder. Under dele af dens kredsløb, ICON passerer gennem GOLDs synsfelt, og hver mission vil få et unikt øjebliksbillede af den samme region. Dette overlap i deres data gør det lettere at identificere, hvad der forårsagede en bestemt ændring af den øvre atmosfære på et givet tidspunkt.

Et fælles mål for missionerne er systematisk at måle vejrrelaterede skift i den øvre atmosfære. For første gang, vi vil være i stand til at se, hvordan den øvre atmosfære ændrer sig som reaktion på orkaner og geomagnetiske storme.

"Vi plejede at tro, at kun solvind kunne påvirke ionosfæren, og kun den lavere atmosfære blev påvirket af terrestrisk vejr, "sagde Doug Rowland, ICON missionsforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Solvinden er Solens konstante udstrømning af ladede partikler og magnetiseret materiale. "Men nu skal vi se, hvordan den energi hænger sammen."

Flere typer af terrestriske vejrbegivenheder er af særlig interesse. Forskere fra University of California, Berkeley, for eksempel, har udviklet en teoretisk model for El Niños konsekvenser for ionosfæren. Deres model antyder, at El Niño-drevet opvarmning af Stillehavet forårsager en stigning i vanddamp, hvilket igen øger mængden af ​​solenergi atmosfæren absorberer. Den ekstra varme får vindmønstre til at svinge og ændre forholdene i ionosfæren. Tropiske cykloner er også mistænkt for at have virkninger på ionosfæren. Data fra ICON og GOLD forventes at besvare disse spørgsmål og yderligere afsløre uventede mekanismer på arbejde.

"Der er enorme videnskabelige modelleringsindsatser forbundet med begge disse missioner, " sagde Sarah Jones, GULD-missionsforsker ved NASA Goddard. "Vi har allerede modeller, der er fyldt med rigtig god videnskab, men disse nye målinger vil føre til en bedre forståelse af fysikken i modellerne."

Ud over at arbejde sammen om at bestemme, hvordan forskellige energityper strømmer gennem den øvre atmosfære, de to missioner har også deres egne forskningsmål. GOLDs videnskab fokuserer på at observere, hvad der driver forandring - Solen, Jordens magnetfelt og den nedre atmosfære - i den øvre atmosfære. GOLD er især interesseret i, hvordan den øvre atmosfære reagerer på geomagnetiske storme, som er midlertidige forstyrrelser af Jordens magnetfelt udløst af solaktivitet. Om natten, GOLD undersøger forstyrrelser i ionosfæren - tæt, uforudsigelige bobler af ladet gas, der dukker op over ækvator og troperne, nogle gange forstyrrer radiokommunikation.

På den anden side, ICON koncentrerer sig om, hvordan ladede og neutrale gasser i den øvre atmosfære opfører sig og interagerer. Flere kræfter - inklusive skift i neutral vind, trykgradienter og solaktivitet - virker på ionosfæren samtidigt; ICON blev designet til at studere hver af dem individuelt, gør det nemmere for videnskabsmænd at belyse årsag-og-virkning sammenhænge.

ICON og GOLD slutter sig til en lille flåde af rumfartøjer, der studerer et enormt sammenkoblet system fra rummet omkring Jorden og andre planeter til de fjerneste grænser af Solens konstant strømmende strømme af solvind. En tredje mission i flåden - den 16 år gamle termosfære, Ionosfæren, Mesosfærenergi og dynamik, eller TIMER, vil specifikt supplere de nye bestræbelser på at studere den øvre atmosfære. TIMER, som blev lanceret i 2001, bærer ikke alle de nødvendige instrumenter til at analysere bevægelsen af ​​partiklerne i den øvre atmosfære, som ICON og GOLD bidrager med, men det kan stadig give vigtige målinger fra et tredje udsigtspunkt for at hjælpe videnskabsmænd med at udfylde brikker af puslespillet. Sammen vil de give nøgleoplysninger om, hvordan Jordens øvre atmosfære forbindes med det dynamiske og komplekse rumsystem, der fylder vores solsystem.