Na tiskové konferenci, která se 10. prosince konala na podzimním setkání Americké geofyzikální unie v San Franciscu prezentovali tři vědci nové snímky zemské ionosféry – dynamické oblasti, ve které se pozemské atmosféra setkává s kosmickým prostorem. V této oblasti pracuje celá řada družic a žijí tu i astronauti. Ionosféra neustále reaguje na změny pod i nad sebou – je tedy ovlivněna jak pozemským, tak i kosmickým počasím.

Vědci na konferenci prezentovali první snímky z nové sondy ICON, nové vědecké výsledky z přístroje GOLD a také nová pozorování polárních září. Společně tyto výzkumy odhalují tajemství pouhým okem neviditelných procesů, které mají velký vliv na naše prostředí. Ionosféra začíná zhruba 80 kilometrů nad Zemí a končí někde ve výšce 650 kilometrů. Překrývá tak nejvyšší vrstvy atmosféry i nejbližší kosmický prostor. Záření od Slunce ohřívá plyny v atmosféře, které mohou přijít o jeden či dva elektrony. Výsledkem je směs elektricky nabitých částic promíchaných s elektricky neutrálními atomy horních vrstev atmosféry.

Jak již bylo uvedeno výše, ionosféra ale nereaguje pouze na projevy Slunce a kosmického prostoru. Podřizuje se i projevům pozemského počasí, které dokáží rozvlnit spodní vrstvy atmosféry. Tyto změny, které mohou ovlivnit šíření signálů z družic na Zemi, ale i zdraví astronautů, jsou komplexní a zatím nepředvídatelné. K jejich studiu a pochopení vědci potřebují široké spektrum specializovaných přístrojů.

Na konferenci byly prezentovány i objevy spojené s pozorováním polárních září. Jelikož vznikly z pozemských pozorování celooblohovými kamerami, lehce se vymykají zaměření našeho portálu. V tomto článku se tedy budeme věnovat pouze dvěma novinkám, které jsou spojené s kosmickou technikou. Zájemcům o informace o polárních zářích doporučíme tento článek na webu NASA.

Na rozdíl od celooblohových kamer, které sledují ionosféru z povrchu, přístroj GOLD studuje stejnou oblast z geostacionární dráhy ve výšce 36 000 kilometrů nad povrchem Země. Hlavní vědecký pracovník tohoto zařízení, Richard Eastes v University of Colorado v Boulderu, na tiskové konferenci informoval o nových výsledcích. Pozorování zjednodušeně řečeno ukazují, že ionosféra je ještě mnohem variabilnější než vědci očekávali.

Přístroj GOLD (Global-scale Observations of the Limb and Disk) je umístěný na komerční komunikační družici SES-14 a má za úkol snímkovat ionosféru ve vzdálené ultrafialové části elektromagnetického spektra. Tato vlnová délka světelných paprsků je pro lidské oko neviditelná, ale pro sledování změn v ionosféře se perfektně hodí. Vědci mohou díky tomu sledovat změny v teplotě, hustotě a složení ionosféry.

GOLD má díky svému umístění na geostacionární dráze perfektní možnost sledovat najednou celou západní polokouli naší planety. Může tak pozorovat, jak se ionosféra mění na polovině celé Zeměkoule. V minulém roce GOLD pomohl vědcům přesněji porozumět tomu, jak ionosféra reaguje na geomagnetické bouře. V nižších zeměpisných šířkách narůstá množství atomárního kyslíku a ve větších zeměpisných šířkách naopak klesá – zajímavé je, že molekulární dusík se v těchto situacích chová přesně opačně.

Díky svému umístění mohl GOLD 2. července sledovat zatmění Slunce v Jižní Americe. Při běžném cyklu střídání dne a noci množství elektricky nabitých atmosférických plynů přibývá a ubývá podle Slunce. Během dne je ionosféra hustší a v noci, kdy Slunce atmosféru nezahřívá, dochází k jejímu chladnutí. Nabité částice se postupně reorganizují a ionosféra řídne. Během úplného zatmění Slunce se to samé stalo během mnohem kratšího časového období. Když 2. července přešel pás totality přes spodní část Jižní Ameriky, mohli vědci poprvé v historii z vesmíru sledovat, jak v takovém případě probíhá řídnutí ionosféry.

Vědce, kteří tento přístroj spravují také překvapilo, jak je noční ionosféra proměnlivá – jak moc se liší její stav noc od noci. Cesty, kterými se vydávají radiové signály (například pro GPS) záleží na hustotě ionosféry. Někdy mohou změny v její hustotě způsobit problémy s průchodem těchto signálů. Během noci se nabité částice většinou shlukují do neviditelných hřebenů poblíž magnetického rovníku. Richard Eastes přirovnal tyto snímky k tlamě Tyranosaura. V jednu noc byly hřebeny rovnoměrně rozložené jako kdyby dávný ještěr ukazoval své zuby.

Další noc ale byly hřebeny v jednom místě daleko od sebe – jako kdyby Tyranosaurus otevřel tlamu. O den později byly v noci hřebeny na úplně jiném místě. Vědci zatím neznají odpověď na otázku, proč je noční ionosféra tolik proměnlivá. „Pro mne to byly velmi překvapivé objevy, stejně tak i pro zbytek týmu, který se této problematice věnuje už několik let,“ říká Eastes a dodává: „Rozhodně to není něco, co bychom očekávali.“

Družice ICON (Ionospheric Connection Explorer) je na skvělé dráze, aby pomohla zblízka prozkoumat variabilitu, kterou pozoroval GOLD. „Máme k dispozici družici, která nám umožní studovat variabilitu mezi jednotlivými dny, přesně jak nám to ukázal GOLD,“ říká Thomas Immel, hlavní vědecký pracovník mise ICON z University of California v Berkeley a dodal: „ICON vznikl, aby prozkoumal tuto část kosmického prostoru a pokusil se zachytit vše, co by mohlo ionosféru ovlivňovat.“

NASA používá k vyjádření vztahu mezi GOLD a ICON přirovnání k fotografování – zatímco GOLD fotí „krajinky“ z výšky 36 000 kilometrů, ICON, který obíhá jen 576 km vysoko se specializuje na detailní „portréty“. V určité fázi oběhu kolem Země ICON projde oblastí, kterou sleduje GOLD. V tu chvíli oba průzkumníci sledují stejnou lokalitu – jen z různých úhlů pohledu. Díky tomuto překrytí je možné snáze identifikovat, co způsobilo konkrétní změny v horních vrstvách atmosféry v konkrétním čase.

ICON se dostal na oběžnou dráhu po několikaletých odkladech 10. října a 1. prosince vstoupil do vědecké fáze. Thomas Immel tak mohl na tiskové konferenci prezentovat první snímky, které družice pořídila během aktivační a kalibrační fáze. Tyto snímky ukazují, čeho je ICON schopen a zároveň naznačují, na co všechno se mohou vědci těšit.

Družice ICON nese tři snímkovací přístroje, které studují tzv. airglow – přirozený jas atmosféry způsobený slunečním zářením. Každý plyn obsažený v naší atmosféře má svou charakteristickou barvu v airglow. Stejně tak se liší i výška, kde k záření dochází, nebo i samotný excitační proces. Vědci tak mohou použít airglow k tomu, aby zjistili, kde tyto plyny jsou a jak se chovají.

Dva palubní přístroje sledují airglow v ultrafialové části spektra. Přístroj EUV (Extreme Ultra-Violet) provádí přesná měření světla ze zářícího kyslíku, aby určil jeho výšku a hustotu v ionosféře během dne. Jelikož na oběžné dráze ještě nikdy nebyl podobný přístroj, probíhala jeho kalibrace s využitím známého cíle – Měsíce. Přístroj FUV (Far Ultra-Violet) snímkuje ve stejné vlnové délce jako GOLD. V noci měří hustotu ionosféry a během dne její složení. Immel uvedl, že mu snímky připomínají pohled z okna letadla – jen jsou v ultrafialové části spektra a letadlo by bylo víc než 500 kilometrů vysoko.

„Na první pohled to může vypadat nudně, ale já jsem i přesto nadšený,“ uvedl Immel a dodal: „Je to přesně to, co jsme čekali v případě, že by přístroj pracoval správně.“ Nyní má ICON za sebou důkladné zkoušky palubních přístrojů a vědci tak mohou začít studovat tajemná zákoutí zemské ionosféry.

Posledním snímkovacím přístrojem na palubě sondy ICON je MIGHTI (Michelson Interferometer for Global High-resolution Thermospheric Imaging). Tento přístroj se zaměřuje na červeně a zeleně zářící kyslík, aby pomohl zjistit, jak se neutrálně nabité atomy v atmosféře pohybují. To hraje podle vědců důležitou roli v tom, jak se ionosféra v průběhu dní mění.

Na snímcích z MIGTY je vidět vzor černých okrajů – jak Immel uvedl, kouzlo se odehrává mezi řádky. Měření, jak se airglow pohybuje oproti těmto černým čárám, vědcům umožňuje snadno číst pohyb, tedy vítr v horních vrstvách atmosféry. „Se všemi těmito různými daty jsme na skvělé cestě, abychom přinesli odpovědi na otázky, které nám přinesl GOLD,“ doplnil Immel.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/air_glow_0.png
https://svs.gsfc.nasa.gov/…/Airglow_ISS_Airglow1-1280viz-MASTER.00001_print.jpg
https://eoportal.org/documents/163813/5139730/GOLD_Auto0.jpeg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/gold_nighttime.png
http://spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2016/12/ICON_Observatory_OrbitalATK.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ionospherev8-02.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/euvmoon.gif
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/fuv.gif