Forskare har visat under en tid att jordens atmosfär förlorar flera hundra ton syre varje dag. De förstår hur denna syreförlust inträffar på jordens natt sida, men de är inte säkra på hur det händer på dagen. De vet dock en sak; de händer under auroras.
Enligt ett pressmeddelande från NASAs Earth Observatory är inga två syreutflödeshändelser exakt desamma, vilket gör förståelsen av dem en utmaning. De kallar händelserna "fontäner av gas" som flyr från jorden under auroral aktivitet, och Earth Observatory har ett uppdrag som ägnas åt att förstå dem.
Uppdraget är en del av NASAs Earth Observatory-program som heter VISIONS-2 (Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2), och det kräver vissa villkor. Det ligger i Ny Ålesund, Svalbard, Norge av goda skäl. Det är den nordligaste civila bosättningen året runt. Den har en isfri hamn året runt och en modern raketutrustning. Det finns inte heller någon sol på vinternatten här för att störa aurororna.
Men det finns något annat som gör detta till den perfekta miljön för VISIONS-2-uppdraget. Varje morgon passerar Ny Ålesund under en svag punkt i jordens magnetiska bubbla. Den svaga punkten är som en tratt som kanaliserar den hårda solvinden i vår övre atmosfär. Det orsakar auroralskärmar och kokar atmosfärens gaser in i rymdvakuumet i en auroral fontän.
Nyligen lanserade forskare med VISIONS-2 två klingande raketer för att undersöka syreförlust under auroror. Ljud raketer är små, riktade raketer som kan lanseras snabbt. I det här fallet laddades de två raketerna med kameror och andra instrument och förbereddes för lansering.
Lanseringsteamet måste vara mycket tålamod. Men naturligtvis har de teknik på sin sida. De behöver inte vänta tills de ser auroran, de har avancerat meddelande om en aurora tack vare DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) -satelliten.
DSCOVR är NOAA: s solvindobservatorium. Den sitter ute vid LaGrange-punkten mellan jorden och solen och berättar för VISIONS-2-teamet när solvinden är tillräckligt kraftfull och orienterad på rätt sätt att orsaka ororor. I bästa fall får laget cirka en timmes varning.
Även med avancerad varning är laget försiktigt. Om solvinden visar sig vara för svag, kommer de att ha slösat bort lanseringen. Om markvindförhållandena i jordens atmosfär är för starka, är det också ett problem. Raketerna är styrda, så de måste orienteras innan de startas för att redovisa vindar. Lyckligtvis har laget ett annat verktyg till sitt förfogande, väderballonger lanseras var 30: e minut efter behov för att testa vinden.
"Vi hade en så fantastisk upplevelse att bygga dessa mycket komplexa och kapabla nyttolaster ..." - Doug Rowland, huvudutredare, NASA: s Goddard Space Flight Center.
Raketerna arrangerades i Ny-Ålesund, Svalbard (Norge), och forskarna väntade på en aurora innan de startade paret. Den 7 december 2018 lanserade forskarna de två raketerna under en aurora. Bilden nedan är en lång exponering av raketerna, som fångar båda lanseringarna trots att de inträffade med några minuters mellanrum.
Uppdraget använde ett par raketer så att de kunde använda en blandning av olika instrument i var och en. Vissa instrument krävde en spinnplattform och andra gjorde det inte. Ett par raketer som sjösattes med några minuter mellan dem gjorde det också möjligt för liknande instrument att läsa över tiden. Bilden ovan visar antändningar och utbrändhet av de två raketerna från första steget, då de skickades på sitt uppdrag att studera syreförlust i jordens atmosfär.
"Vi hade en så fantastisk upplevelse att bygga dessa mycket komplexa och kapabla nyttolaster, integrera och testa dem på Wallops och sedan föra dem till fältet," säger Doug Rowland, huvudutredare för uppdraget och rymdfysiker vid NASA: s Goddard Space Flight Center. "Lanseringen var ett mycket känslomässigt ögonblick, ännu mer när vi såg att alla instrument hade fungerat bra och vetenskapliga förhållanden var bra."
Efter lanseringen finns det tio minuter för raketten att göra sitt arbete i den atmosfäriska fontänen. Neutrala atomavbildningskameror bygger en bild av fontänen inifrån och utan. Auroralkameran dokumenterar själva auroran, dess temperatur, intensitet och höjd. Om allt går bra belönas forskarteamet med en "vägg av vetenskap."
Den 7 december lanseringen verkar ha varit framgångsrik. En tidig titt på uppgifterna visar att instrumenten fungerade korrekt och returnerade de avsedda uppgifterna. "Jag tror att vi såg den" atmosfäriska fontänen ", sade Rowland. Uppgifterna måste fortfarande analyseras och skalas, "men vi kan ha bevis på det ur flera perspektiv."
Jorden är uppenbarligen en dynamisk, levande, aktiv planet. Det här händer mycket. VISIONS-2-projektet är utformat inte bara för att hjälpa oss att förstå vår egen planet bättre, utan också andra planeter. Vilka planeter är bebörliga? Varför är vissa så öde? Hur förlorade en planet som Mars, som en gång hade en atmosfär, den?
Jordens atmosfär kommer inte att försvinna när som helst snart. Inte förrän solen blir röd jätte på ungefär 5 miljarder år. Vid den avlägsna tidpunkten kommer den expanderande solen att koka upp vår atmosfär som ingenting. Då är vi klara.
Mängden syre (och väte) som förloras från jordens atmosfär under dessa auroror är liten. Flera hundra ton varje dag låter kanske mycket, men det är det inte. I alla fall hjälper fotosyntesen att återställa syre. Det är fortfarande en viktig del av pusslet för att förstå hur saker fungerar, och vad detaljerna är i förhållandet mellan Jorden och dess stjärna.
- Pressmeddelande: Mot kartläggning av atmosfärens flykt från jorden
- Jordobservatoriska anteckningar från fältet: Hämta Aurora
- DSCOVR: Deep Space Climate Observatory
- Cornell University Fråga och astronom: Hur många meteoriter träffar jorden varje år?
