Projekt ICON dostarczył przełomowych informacji na temat jonosfery, ujawniając jej interakcję z pogodą ziemską i kosmiczną. Odkrycia dotyczące ruchu plazmy i dynama jonosferycznego zmieniły nasze rozumienie wpływu tej warstwy atmosferycznej na technologię i komunikację. Źródło: Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda NASA/Mary Pat Hrybyk-Keith
NASAMisja ICON pogłębiła naszą wiedzę na temat wpływu jonosfery na technologię poprzez badanie jej interakcji z ziemską i pogodą kosmiczną, przygotowując grunt pod ciągłe badania naukowe.
- Misja ICON NASA badała najbardziej zewnętrzną warstwę atmosfery ziemskiej zwaną jonosferą.
- Projekt ICON dostarczył kluczowych informacji na temat wzajemnych zależności między pogodą kosmiczną a pogodą ziemską. Misja zebrała bezprecedensowe szczegóły poświaty powietrza, pokazała związek między jonami atmosfery a liniami pola magnetycznego Ziemi i dostarczyła pierwszej konkretnej obserwacji potwierdzającej długoterminowo teoretyczne dynamo jonosferyczne Ziemi.
- Prawie rok po wykonaniu przez ICON swojej głównej misji w listopadzie 2022 r. z niejasnych powodów utracono komunikację. NASA formalnie zakończyła misję, po kilku miesiącach rozwiązywania problemów nie udało się odzyskać kontaktu.
Przegląd misji
Po wniesieniu wkładu w wiele ważnych odkryć na temat granicy między ziemską atmosferą a przestrzenią kosmiczną – obszaru, w którym pogoda kosmiczna może zakłócać zarówno satelity, jak i sygnały komunikacyjne – misja NASA ICON (Ionospheric Connection Explorer) dobiegła końca. Misja wystartowała w październiku 2019 r. i osiągnęła swoje dwuletnie cele w grudniu 2021 r., po czym przez kolejny rok działała jako misja przedłużona.
„Misja ICON naprawdę zasługuje na swoją nazwę” – powiedział Joseph Westlake, dyrektor działu heliofizyki w siedzibie NASA w Waszyngtonie. „ICON nie tylko pomyślnie ukończył i przekroczył swoje główne cele misji, ale także zapewnił krytyczny wgląd w jonosferę i wzajemne oddziaływanie między pogodą kosmiczną i ziemską”.
Badania jonosferyczne
Sonda kosmiczna ICON okrążyła część najbardziej zewnętrznej warstwy atmosfery naszej planety, zwanej jonosferą, gdzie badała, jakie zdarzenia wpływają na jonosferę, w tym pogoda ziemska od dołu i pogoda kosmiczna od góry. Jonosfera to najniższa granica przestrzeni kosmicznej, położona na wysokości od 55 mil do 360 mil nad powierzchnią Ziemi. Składa się z morza zjonizowanych cząstek: mieszanki dodatnio naładowanych jonów i ujemnie naładowanych elektronów, zwanej osocze.
Ta granica kosmosu to dynamiczny i ruchliwy region, w którym znajduje się wiele satelitów – w tym Międzynarodowa Stacja Kosmiczna — i jest kanałem łączności radiowej oraz GPS sygnały. Zarówno satelity, jak i sygnały mogą zostać zakłócone przez złożone interakcje pogody ziemskiej i kosmicznej, dlatego badanie i zrozumienie jonosfery ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia pogody kosmicznej i jej wpływu na naszą technologię.
Film wyjaśniający cechy jonosfery, najbardziej zewnętrznej warstwy atmosfery Ziemi. Jest domem dla zorzy polarnej, Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, różnych satelitów i fal komunikacji radiowej. Źródło: NASA/Goddard/Conceptual Image Lab/Krystofer Kim
Przełomowe dane i odkrycia
Misja ICON zebrała bezprecedensowe dane na temat jonosfery poprzez bezpośrednie pomiary naładowanego gazu w jej bezpośrednim otoczeniu wraz ze zdjęciami jednej z najbardziej zdumiewających cech jonosfery – poświaty powietrznej.
ICON śledził kolorowe pasma przemieszczające się przez jonosferę. Poświata powietrza powstaje w procesie podobnym do tego, który tworzy zorzę polarną. Jednak poświata powietrza występuje na całym świecie, nie tylko na północnych i południowych szerokościach geograficznych, gdzie zwykle występują zorze polarne. Chociaż poświata powietrza jest zwykle słaba, instrumenty ICON zostały specjalnie zaprojektowane, aby uchwycić nawet najsłabszy blask w celu zbudowania obrazu gęstości, składu i struktury jonosfery.
Mierząc przesunięcie Dopplera, czułe kamery ICON wykryły również ruch świecącej atmosfery. „To jak mierzenie prędkości pociągu poprzez wykrywanie zmiany wysokości dźwięku klaksonu – ale za pomocą światła” – powiedział Thomas Immel, kierownik misji ICON w ośrodku Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley. Misję zaprojektowano specjalnie do przeprowadzenia tego technicznie trudnego pomiaru.
Najniższe obszary kosmosu świecą jasnymi pasami koloru zwanymi poświatą powietrza. Źródło: NASA/JSC/ESRS
Lepsze zrozumienie naukowe
Kompleksowy obraz górnych warstw atmosfery uzyskany dzięki misji ICON dostarczył naukowcom cennych danych, które będą mogli odkrywać przez wiele lat. Pomiary wykazały na przykład, jak erupcja wulkanu Hunga Tonga-Hunga Ha’apai w 2022 r. zakłóciła prądy elektryczne w jonosferze.
„ICON był w stanie uchwycić prędkość erupcji wulkanu, co pozwoliło nam bezpośrednio zobaczyć, jak wpływa ona na ruch naładowanych cząstek w jonosferze” – powiedział Immel. „To był wyraźny przykład związku między pogodą tropikalną a strukturą jonosfery. ICON pokazał nam, jak rzeczy dziejące się w ziemskiej pogodzie mają bezpośrednią korelację z wydarzeniami w kosmosie.”
Postęp technologiczny i naukowy
Inny Przełom naukowy to pomiary ICON dotyczące ruchu jonów w atmosferze i ich związku z liniami pola magnetycznego Ziemi. „To było naprawdę wyjątkowe” – powiedział Immel. „Pomiary ruchu jonów w atmosferze wykonane przez ICON miały naukowy wpływ na nasze zrozumienie zachowania w jonosferze”.
Dzięki pomocy ICON naukowcy lepiej rozumieją, w jaki sposób te interakcje napędzają proces zwany dynamem jonosferycznym. Dynamo znajdujące się na dnie jonosfery pozostawało tajemnicą przez dziesięciolecia, ponieważ było trudne do zaobserwowania.
Projekt ICON dostarczył pierwszą konkretną obserwację wiatrów napędzających dynamo i ich wpływu na pogodę kosmiczną. Nieprzewidywalne wiatry ziemskie przemieszczają plazmę wokół jonosfery, wysyłając naładowane cząsteczki w przestrzeń kosmiczną lub spadając w stronę Ziemi. To naładowane elektrycznie starcie między jonosferą a ziemskimi polami elektromagnetycznymi działa jak generator, tworząc złożone pola elektryczne i magnetyczne, które mogą wpływać zarówno na technologię, jak i na samą jonosferę.
„Nikt wcześniej tego nie widział” – powiedział Immel. „ICON w końcu i niezbicie dostarczył eksperymentalne potwierdzenie teorii dynama wiatrowego.”
Zakończenie misji i dziedzictwo
25 listopada 2022 roku zespół ICON stracił kontakt ze statkiem kosmicznym. Nie można nawiązać komunikacji ze statkiem kosmicznym, nawet po zresetowaniu cyklu zasilania za pomocą wbudowanego licznika czasu utraty poleceń. Chociaż statek kosmiczny pozostaje nienaruszony, inne techniki rozwiązywania problemów nie były w stanie przywrócić kontaktu między statkiem kosmicznym ICON a operatorami misji.
„Dziedzictwo ICON przetrwa dzięki przełomowej wiedzy, którą zapewnił w czasie swojej działalności, oraz dzięki ogromnemu zbiorowi danych pochodzących z jego obserwacji, które w dalszym ciągu będą dostarczać nowych informacji naukowych” – powiedział Westlake. „ICON służy jako podstawa dla nowych, nadchodzących misji.”
