Історичні дані: невловима "ігноросфера" розкриває секрети полярного сяйва на Землі

Учені створили перший в історії набір даних про всю атмосферу Землі, яка протирається аж до краю космосу. Вони сподіваються, що ці дані допоможуть пролити світло на деякі маловивчені процеси, які відбуваються в атмосфері Землі, включно з полярними сяйвами. Дослідження опубліковано в журналі Progress in Earth and Planetary Science, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Учені постійно вивчають деякі шари атомсфери Землі. Наприклад, мільйони метеостанцій по всьому світу і сотні метеорологічних куль щодня проводять вимірювання всієї тропосфери, найнижчої області атмосфери. Кулі також досягають нижньої частини стратосфери, яка знаходиться над тропосферою. Обсяг даних, отриманих у результаті цих вимірювань, дає змогу робити практично безпомилкові прогнози погоди.

Але те, що відбувається в мезосфері, шарі розрідженого повітря над стратосферою, який сягає майже краю космосу, залишається практично невідомим. Через те, що дуже мало вчені знають про процеси, що відбуваються в мезосфері, її іноді називають "ігноросферою".

Мезосфера розташована занадто високо для метеоритних куль і занадто низько для того, щоб її вивчати за допомогою супутників на орбіті.

Автори дослідження спробувала вирішити цю проблему за допомогою комп'ютерного моделювання. Вони взяли рідкісні доступні вимірювання метеорологічних параметрів в "ігноросфері", отримані за допомогою метеорологічних ракет і наземних радарів, і створили перший в історії набір даних про всю атмосферу Землі. Зокрема, моделювання було спрямоване на реконструкцію процесів у мезосфері.

Для цього використовувалися дані вимірювань за період з 2003 по 2023 рік, які охоплювали всю атмосферу до висоти в 110 км. За словами вчених, цей набір даних дасть змогу досліджувати і моделювати деякі загадкові явища, що відбуваються на великих висотах, включно з полярними сяйвами.

У мезосфері відбувається багато явищ, пов'язаних із космічною погодою. Коли сплески заряджених частинок від Сонця потрапляють на нашу планету, вони змішуються з розрідженими газами високо над Землею, збуджуючи молекули повітря. Коли це відбувається, молекули випускають світло, яке ми можемо бачити, як полярне сяйво. Але є й інші, менш помітні впливи, які космічна погода чинить на атмосферу.

Сонячні частинки можуть змінювати хімію озону і руйнувати озоновий шар. Також полярні сяйва можуть створювати гравітаційні хвилі, які поширюються вниз в атмосферу, кажуть учені.

Гравітаційні хвилі (не варто плутати з гравітаційними хвилями, що виникають під час зіткнень чорних дір) — це вихори, які виникають по всій атмосфері. Вони переносять енергію по всій планеті та впливають на кліматичні моделі. Але досі вчені не змогли зрозуміти ефекти гравітаційних хвиль, що виникають на великих висотах.

Автори дослідження кажуть, що новий набір даних дає змогу моделювати гравітаційні хвилі у всій атмосфері, від поверхні до краю космосу.

Дані також допоможуть ученим краще моделювати те, як процеси в нижній атмосфері впливають на іоносферу, шар атмосфери вище 80 км, де газоподібні частинки постійно іонізуються сонячним вітром. Атмосферні хвилі, включно з гравітаційними хвилями і приливними хвилями глобального масштабу, впливають на іоносферне динамо, процес, що створює електричний струм навколо планети за допомогою взаємодії між лініями магнітного поля Землі і рухами іонізованого повітря іоносфери.

Є й інші таємниці атмосфери Землі, які новий набір даних допоможе розгадати, вважають учені.

Фокус уже писав про те, що телескоп Хаббл показав, який вигляд мають новонароджені зірки в туманності Оріона. Дві протозірки на фотографії телескопа Хаббл перебувають на стадії перетворення на звичайні зірки.