Undersøgelse giver et forbedret blik på Jordens ionosfære

Nye måleteknikker vil muliggøre forbedrede målinger af Jordens ionosfære, en nøgle til at studere og reducere påvirkningen af ​​rumvejr.

Radiosignaler er blevet brugt til at studere tætheden af ​​plasma siden 1920'erne. Transmitterende radiokilder omfatter jordbaserede ionosoder (speciel radar til undersøgelse af ionosfæren), astronomiske fænomener såsom pulsarer og for nylig rumfartøjssignaler, der bruges til at transmittere data.

For eksempel bruges GPS-radiosignaler (Global Positioning Satellites) til at måle tætheden af ​​Jordens ionosfære. Imidlertid er radiosignalets reaktion på det ionosfæriske plasma mere kompliceret end blot at variere som en funktion af tætheden. Jordens magnetfelt påvirker også dens elektromagnetiske bølgesvingninger.

For eksempel er Faraday-rotation et velkendt fænomen, som vist på billedet ovenfor. Men som en teknik til måling af magnetfelt er Faraday-rotation begrænset til kun den del, der er orienteret i den rigtige retning. Den nye opdagelse supplerer Faraday-rotation, hvilket muliggør en komplet måling af magnetfeltstyrken.

"Vi opdagede, at magnetfeltet introducerede støj til radiosignaler. Den umiddelbare virkning af dette arbejde er at muliggøre forbedrede målinger af Jordens ionosfære. Derudover er alle de ugunstige forhold, der diskuteres om farerne ved rumvejr, i sidste ende drevet af Jordens ionosfæren reagerer på solens plasma," sagde Elizabeth Jensen, associeret forsker ved Planetary Science Institute.

Jensen er hovedforfatter til artiklen "The Hunt for Perpendicular Magnetic Field Measurements in Plasma" offentliggjort i The Astrophysical Journal . "Ved at reducere fejlen i GPS-signaler fra horisonten og udvide dækningen til polerne, forbedres problemer med kommunikationstroskabstab med det samme."

Effekten af ​​plasmaets vinkelrette magnetfelt på radioudbredelse er vist på billedet ovenfor. "Vi har opdaget, hvordan man kan forbedre kommunikationen mellem Jorden og rumfartøjer; hvordan man måler styrken af ​​det magnetiske felt i rumplasmaer, et vigtigt resultat for at forbedre rumvejrsforudsigelser; og hvordan man opnår magnetfeltmålinger fra nogle ældre arkiverede rumfartøjsdata, sagde Jensen. "Dette er med vores banebrydende opdagelse af, hvordan man kan isolere bidraget fra det magnetiske felt vinkelret på signalvejen i radiodata."

Rumvejr forudsigelse, fysikken bag destabilisering af ionosfæren af ​​solens plasma, er domineret af temperaturen, hastigheden, densiteten og magnetfeltet i plasmaet, der ankommer fra solen. Den største fejlkilde i disse rumvejrmodeller stammer fra manglen på magnetfeltmålinger i det mellemliggende rum mellem solen og Jorden. Forbedring af vores evne til at forudsige rumvejr via forbedrede magnetfeltmålinger gør det muligt at reducere omkostningerne fra disse ugunstige forhold.

"Her på Jorden er vi primært optaget af rumvejr. Rumvejr består af reaktionen fra Jordens plasmaregioner på det plasma, der frigives af solen. Ugunstige forhold fra denne interaktion omfatter satellitskader, bestråling af personale, ikke kun i rumstationen, men på flyvninger nær polerne, dårlig kommunikation fra et tab af signaltroskab, der påvirker fly og andet GPS-afhængigt udstyr, for eksempel selvkørende køretøjer, og skader på udstyr såsom elledninger eller undersøiske kabler," sagde Jensen.

Flere oplysninger: Elizabeth A. Jensen et al., The Hunt for Perpendicular Magnetic Field Measurements in Plasma, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2347

Journaloplysninger: Astrofysisk tidsskrift

Leveret af Planetary Science Institute