Naukowcy odkryli, że te same zasady rządzące turbulencjami powietrza w troposferze odnoszą się również do termosfery.
Badanie opublikowane w Listy z badań geofizycznych pokazuje, że turbulencje w termosferze podlegają tym samym prawom fizycznym, co wiatr w niższych warstwach atmosfery. Ponadto badanie wykazało, że wiatr w termosferze obraca się głównie cyklonicznie, co oznacza, że obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej i zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej.
Odkrycia ujawniają nową, ujednoliconą zasadę obowiązującą dla różnorodnych systemów środowiskowych Ziemi i mogą potencjalnie ulepszyć przyszłe prognozowanie pogody ziemskiej i kosmicznej.
Noctylowe chmury widziane w niemieckim mieście Kühlungsborn. Jego delikatna i złożona struktura oraz przepływ wskazują na obecność atmosferycznych fal grawitacyjnych i turbulencji. Źródło: Gerd Baumgarten/Leibniz – Instytut Fizyki Atmosfery
Od czasu do czasu włączamy najnowszą prognozę pogody i chociaż dają nam one dobry obraz naszych codziennych warunków atmosferycznych, badania dotyczące ruchu ziemskiego powietrza są oszałamiająco złożone.
„Na poziomie podstawowym badamy wzajemne oddziaływanie energii kinetycznej w atmosferze w różnych rozmiarach i skalach, przy czym energia ta występuje głównie w postaci wiatru i turbulencji. Przez dziesięciolecia ogromna ilość danych dała nam wgląd w to, jak ta energia przepływa i rozprasza się, wpływając na pogodę w troposferze, najniższej warstwie atmosfery” – wyjaśnia profesor Huixin Liu z Wydziału Naukowego Uniwersytetu Kiusiu, który kierował badaniem. „Moje badania koncentrują się na ruchach w górnych warstwach atmosfery, w szczególności w termosferze, gdzie badamy odpowiednie prawa rządzące dynamiką i przepływem energii w regionie”.
Współpraca badawcza i ustalenia
Termosfera to część atmosfery znajdująca się na wysokości około 80–550 km nad poziomem morza i często nazywana jest bramą do kosmosu. Jest to region krytyczny dla operacji kosmicznych i to tam znajdziesz m.in Międzynarodowa Stacja Kosmiczna jak większość satelitów. To tutaj powstają także zorze polarne.
Liu współpracował z badaczem meteorologii, dr Facundo L. Pobletem z Instytutu Fizyki Atmosfery Leibniza na Uniwersytecie w Rostocku, którego prace skupiają się na dynamice i turbulencjach w niższych warstwach atmosfery poniżej wysokości 100 km.
„Moje badania dotyczą fizyki przestrzeni kosmicznej i chciałem sprawdzić, czy moglibyśmy zastosować jego metody meteorologiczne w mojej dziedzinie badawczej” – wyjaśnia Liu.
Zespół przeanalizował dane dotyczące wiatru w termosferze z dwóch satelitów: Challenging Minisatellite Payload (CHAMP) oraz Gravity Field and Steady State Ocean Circulation Explorer (GOCE). Na podstawie tych danych zespół obliczył funkcję struktury trzeciego rzędu wiatru – wielkość statystyczną dostarczającą informacji na temat leżących u jej podstaw turbulencji. Ku swemu zdziwieniu odkryli, że termosfera wykazuje podobne prawo skalowania jak niższe warstwy atmosfery.
„Oznacza to, że zarówno termosfera, jak i troposfera – pomimo drastycznie odmiennych składów i dynamiki atmosfery – podlegają tym samym prawom fizycznym. Sposób przepływu i rozpraszania energii w tych dwóch obszarach jest bardzo podobny” – kontynuuje Liu.
Pomimo niezwykłych postępów w zrozumieniu termosfery, zawiłe wzajemne oddziaływanie turbulencji i fal w różnych skalach pozostaje w dużej mierze nieuchwytne, a zespół jest szczęśliwy, że ich odkrycia rzucają nowe światło na ten niedostatecznie zbadany aspekt dynamiki bliskiej przestrzeni kosmicznej.
„Podobnie jak w przypadku prognozowania pogody atmosferycznej, zrozumienie rozkładu energii w termosferze jest niezbędne do lepszego zrozumienia dynamiki przestrzeni kosmicznej” – podsumowuje Liu. „Mamy nadzieję, że te odkrycia można wykorzystać do ulepszenia prognozowania pogody kosmicznej i zapewnienia ciągłej funkcjonalności i bezpieczeństwa technologii satelitarnych niezbędnych w życiu codziennym”.
Odniesienie: „Funkcje struktury trzeciego rzędu wiatrów strefowych w termosferze przy użyciu obserwacji CHAMP i GOCE” autorstwa Facundo L. Pobleta, Huixina Liu i Jorge L. Chau, 3 czerwca 2024 r., Listy z badań geofizycznych.
DOI: 10.1029/2024GL108367
Badanie zostało sfinansowane przez Japońskie Towarzystwo Promocji Nauki.
