NASA-raketter undersøger, hvorfor teknologien går galt i nærheden af ​​pæle

Hvert sekund, 1,5 millioner tons solmateriale skyder ud af Solen og ud i rummet, rejser med hundredvis af miles i sekundet. Kendt som solvinden, denne uophørlige strøm af plasma, eller elektrificeret gas, har slynget Jorden i mere end 4 milliarder år. Takket være vores planets magnetfelt, det er for det meste afbøjet væk. Men gå langt nok nordpå, og du finder undtagelsen.

"Det meste af Jorden er afskærmet fra solvinden, " sagde Mark Conde, rumfysiker som University of Alaska, Fairbanks. "Men lige ved polerne, i middagssektoren, vores magnetfelt bliver en tragt, hvor solvinden kan komme helt ned til atmosfæren."

Disse tragte, kendt som polarspidserne, kan give nogle problemer. Tilstrømningen af ​​solvind forstyrrer atmosfæren, forstyrre satellitter og radio- og GPS-signaler. Begyndende 25. november, 2019, tre nye NASA-støttede missioner vil starte ind i den nordlige polarspids, sigter mod at forbedre den teknologi, der er berørt af det.

Rystende satellitter

De tre missioner er alle en del af Grand Challenge Initiative – Cusp, en række af ni klingende raketmissioner, der udforsker polarspidsen. Raketter er en type rumfartøj, der foretager 15-minutters flyvninger ud i rummet, før de falder tilbage til Jorden. Står op til 65 fod høj og flyver overalt fra 20 til 800 miles høj, raketter med lyd kan rettes og affyres mod bevægelige mål med kun få minutters varsel. Denne fleksibilitet og præcision gør dem ideelle til at fange de mærkelige fænomener inde i spidsen.

To af de tre kommende missioner vil studere den samme uregelmæssighed:et stykke atmosfære inde i spidsen, der er særligt tættere end omgivelserne. Det blev opdaget i 2004, da videnskabsmænd bemærkede, at en del af atmosfæren inde i spidsen var omkring 1,5 gange tungere end forventet.

"En lille ekstra masse 200 miles op kan virke som ingen big deal, " sagde Conde, hovedefterforskeren for Cusp Region Experiment-2, eller CREX-2, mission. "Men trykændringen forbundet med denne øgede massetæthed, hvis det fandt sted i jordoverfladen, ville forårsage en kontinuerlig orkan stærkere end noget andet set i meteorologiske optegnelser."

Denne ekstra masse skaber problemer for rumfartøjer, der flyver igennem den, ligesom de mange satellitter, der følger en polarbane. At passere gennem den tætte plet kan ryste deres baner, at gøre tætte møder med andre rumfartøjer eller kredsløbsrester mere risikable, end de ellers ville være.

"En lille ændring på et par hundrede meter kan gøre forskellen mellem at skulle lave en undvigemanøvre, eller ikke, " sagde Conde.

Både CREX-2 og Cusp Heating Undersøgelse, eller CHI mission, ledet af Miguel Larsen fra Clemson University i South Carolina, vil studere denne tunge atmosfære for bedre at forudsige dens virkninger på satellitter, der passerer igennem. "Hver mission har sine egne styrker, men ideelt set de vil blive lanceret sammen, sagde Larsen.

Korrupt kommunikation

Det er ikke kun rumfartøjer, der opfører sig uforudsigeligt nær spidsen – det samme gør de GPS- og kommunikationssignaler, de sender. Den skyldige, i mange tilfælde, er atmosfærisk turbulens.

"Turbulens er et af de virkelig svære tilbageværende spørgsmål i klassisk fysik, sagde Jøran Moen, rumfysiker ved Universitetet i Oslo. "Vi ved ikke rigtig, hvad det er, for vi har ingen direkte målinger endnu."

Møn, hvem leder undersøgelsen af ​​Cusp-uregelmæssigheder-5 eller ICI-5-missionen, sammenligner turbulens med de hvirvlende hvirvler, der dannes, når floder bruser rundt om klipper. Når atmosfæren bliver turbulent, GPS og kommunikationssignaler, der passerer gennem det, kan blive forvansket, sender upålidelige signaler til de fly og skibe, der er afhængige af dem.

Moen håber at kunne foretage de første målinger for at skelne ægte turbulens fra elektriske bølger, der også kan forstyrre kommunikationssignaler. Selvom begge processer har lignende effekter på GPS, at finde ud af, hvilket fænomen der driver disse forstyrrelser, er afgørende for at forudsige dem.

"Motivationen er at øge integriteten af ​​GPS-signalerne, " sagde Moen. "Men vi er nødt til at kende chaufføren for at kunne forudsige, hvornår og hvor disse forstyrrelser vil opstå."

Venter på vejret

Det ekstreme nord giver en uberørt lokalitet til at undersøge fysik meget sværere at studere andre steder. Den lille arktiske by på Svalbard, den norske skærgård, hvorfra ICI-5 og CHI raketterne vil opsendes, har en lille befolkning og strenge restriktioner for brugen af ​​radio eller Wi-Fi, skabe et ideelt laboratoriemiljø for videnskaben.

"Turbulens opstår mange steder, men det er bedre at gå til dette laboratorium, der ikke er forurenet af andre processer, " sagde Møn. "Kusplaboratoriet" - det er Svalbard."

Ideelt set, CHI-raketten ville opsendes fra Svalbard på næsten samme tidspunkt, som CREX-2 opsendes fra Andenes, Norge. ICI-5 raketten, på en anden løfteraket på Svalbard, ville flyve kort efter. Men timingen kan være vanskelig:Andenes ligger 650 miles syd for Svalbard, og kan opleve forskelligt vejr. "Det er ikke et krav, men at lancere sammen ville helt sikkert mangedoble de videnskabelige resultater af missionerne, " sagde Conde.

Holder konstant øje med vejret, venter på det rigtige tidspunkt at lancere, er en vigtig del af affyring af raketter – selv en del af lodtrækningen.

"Det er virkelig en altopslugende ting, " sagde Conde. "Alt du gør, når du er derude, er at se på forhold og tale om raketten og beslutte, hvad du vil gøre."