Undersøgelse af Jordens forsvar mod solstorme

University of Michigan-forskere vil spille en central rolle i NASAs kommende Geospace Dynamics Constellation-mission - et første af sin slags kig på et beskyttende ydre lag af Jordens atmosfære, og hvordan det interagerer med solvejr.

Solvejr udgør en trussel mod Jorden med potentiale til at forårsage stor skade på vores elnet og satellitter. NASA's Geospace Dynamics Constellation Mission, eller GDC, omfatter tre videnskabelige undersøgelser, der vil hjælpe os med at forudsige påvirkninger fra solaktivitet såsom koronale masseudstødninger, solvind og flare.

U-M er førende inden for solfysisk forskning, der leverer forbedrede forudsigelige værktøjer til solvejr og dets samfundsmæssige og teknologiske påvirkninger. De seks satellitter, der udgør GDC, vil give de første direkte globale målinger af to overlappende lag af vores atmosfære, som er centrale i vores forsvar mod solvejr:ionosfæren og termosfæren. I et højdeområde på omkring 50 til 400 miles over Jordens overflade, står de mellem den nedre atmosfære og det ydre rum, en buffer for de ladede partikler fra solvinden, flares og koronale masseudstødninger samt røntgen- og UV-stråling.

To af GDC's videnskabelige instrumenter omfatter U-M forskere:

• The Comprehensive Auroral Precipitation Experiment vil måle højenergipartikler, der kommer ind i den øvre atmosfære. CAPE ledes af U-M alun Daniel Gershman, i øjeblikket hos NASAs Goddard Space Flight Center. Aaron Ridley, en U-M-professor i klima- og rumvidenskab og teknik er også en bidragyder.
• Modular Spectrometer for Atmosphere and Ionosphere Characterization, eller MoSAIC, vil måle ionosfærens og termosfærens sammensætning, såvel som vindene, der rejser gennem den. Ridley er en medvirkende forsker.

"CAPE giver målinger af nord- og sydlys, eller nordlys," sagde Ridley. "Begge tilføjer energi til vores øvre atmosfære, får den til at svulme op som en ballon og ændrer satellitternes og den internationale rumstations baner."

MoSAIC vil kvantificere den atmosfæriske reaktion på indkommende nordlysenergi ved at måle tryk og vind. Disse data vil give satellitoperatører mulighed for at ændre kredsløb for at undgå kollisioner.

"Jeg kan godt lide at tænke på CAPE som 'Doppler-radaren' af rumvejr," sagde Gershman. "I løbet af GDC-missionen vil CAPE være i stand til at producere lokale, regionale og globale rumvejrskort over elektron- og ionregn. Disse kort kan bruges til at hjælpe med at forudsige store ændringer i den øvre atmosfære og kan derfor hjælpe med at holde satellitter i lav kredsløb om jorden."

Ridleys involvering i flere missioner giver ham et unikt perspektiv på, hvad GDC forsøger at opnå.

"Dette er første gang, at NASA vil have opsendt så mange satellitter for at gøre denne slags ting på én gang," sagde Ridley. "NASA har aldrig beskæftiget sig med denne type data før, i form af at have seks satellitter, der måler forholdene i lav kredsløb om Jorden."

Før det kan ske, er der meget, der skal gøres. UM-forskere studerer, hvordan ioner og neutroner interagerer, og hvordan det skaber ustabilitet i atmosfæren. Ridley søger at bygge nye modeller for ionosfæren og termosfæren, der fanger forstyrrelser fra nordlys og mere præcist forudsiger rumvejrhændelser.

NASA overvejer i øjeblikket fem yderligere instrumenter - hvoraf to kan vælges - til optagelse i GDC. Et instrument, der overvejes, ledes af forskere med U-M-tilknytning.

Mark Moldwin, professor i Arthur F. Thurnau og professor i klima- og rumvidenskab og teknik, står i spidsen for Near Earth Magnetometer Instrument in a Small Integrated System – en af ​​de yderligere missioner, der overvejes at blive fløjet som en del af opsendelsen. GDC supplerer nordlysmålingerne med magnetfeltmålinger, der fanger mere af den energi, der kommer ind i atmosfæren. Denne funktion kunne være en mulighed for at teste en forholdsvis ny magnetometerteknologi, der kan bruges på de mindre satellitter, der er blevet populære i de seneste årtier.

Nuværende satellitter har typisk deres magnetometre fastgjort via en lang bom. Afstanden er nødvendig, da rumfartøjselektronik udsender deres eget magnetfelt, hvilket gør målinger vanskeligere. Det er svært at fastgøre lange bomme til mindre og mindre satellitter.

"Du ønsker at få magnetometrene tættere på rumfartøjet," sagde Moldwin. "Du vil se det magnetiske signal fra fartøjet, men med tre magnetometre på en forkortet bom og nogle meget smarte matematiske algoritmer til at sortere støj fra signal, kan vi rydde op i dataene. Det betyder, at med flere små magnetometre på en kortere (billigere) boom, kan vi fjerne magnetfelterne fra elektronikken, så vi kan studere videnskaben." + Udforsk yderligere

NASA udvælger 4 CubeSats til rumvejrteknologisk udvikling