Die Forscher wählen in der oberen Atmosphäre der Erde "Thermostat" ein

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Anonim

Ein Team der University of Colorado Boulder hat den Mechanismus hinter dem plötzlichen Einsetzen eines "natürlichen Thermostaten" in der oberen Erdatmosphäre gefunden, der die Luft drastisch kühlt, nachdem sie durch heftige Sonnenaktivität erhitzt wurde.

Wissenschaftler haben gewusst, dass Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe (CMEs), die elektrisch geladenes Plasma von der Sonne freisetzen, Satelliten beschädigen, Stromausfälle auf der Erde verursachen und GPS-Dienste stören können. CMEs sind stark genug, um Milliarden von Tonnen solarer Teilchen mit mehr als 1 Million Meilen pro Stunde in Richtung Erde zu schicken, sagte CU Boulder Professor Delores Knipp vom Department of Aerospace Engineering Sciences.

Jetzt haben Knipp und ihr Team festgestellt, dass, wenn solch starke CMEs von der Sonne kommen und auf die Erde zurasen, sie Schockwellen erzeugen, ähnlich wie Überschallflugzeuge Schallwellen erzeugen. Während die Schockwellen von CMEs Energie in die obere Atmosphäre der Erde gießen, sie aufblähen und erhitzen, verursachen sie auch die Bildung des chemischen Spurenstoffs Stickoxid, der dann schnell abkühlt und schrumpft, sagte sie.

"Neu ist, dass wir die Umstände ermittelt haben, unter denen die obere Atmosphäre nach einer deutlichen Erwärmung in diesen fast unterkühlten Modus übergeht", sagte Knipp, ebenfalls Mitglied des CU Boulders Colorado Center for Astrodynamics Research. "Es ist ein bisschen so, als ob man einen festsitzenden Thermostat hätte - es ist wirklich ein Fall von Natur, der sich selbst in Grenzen hält."

Knipp hielt eine Präsentation auf der Herbsttagung 2016 der American Geophysical Union, die vom 12. bis 16. Dezember in San Francisco stattfand. Die Präsentation war mit einem kommenden Artikel verbunden, der in der Zeitschrift Space Weather veröffentlicht werden soll.

Sonnenstürme können dramatische Veränderungen in den Temperaturen der oberen Atmosphäre verursachen, einschließlich der Ionosphäre, die von etwa 30 Meilen Höhe bis etwa 600 Meilen Höhe reicht - dem Rand des Weltraums. Während CME-Material, das in die Erdatmosphäre eindringt, Temperaturspitzen von bis zu 750 Grad Fahrenheit verursachen kann, kann das Stickstoffoxid, das durch die Energie-Infusion erzeugt wird, es anschließend um etwa 930 Grad Celsius abkühlen, sagte Knipp.

Der Schlüssel zur Lösung des Rätsels kam, als Knipp Satellitendaten eines schweren Sonnensturms untersuchte, der die Erde 1967 erschütterte. "Ich habe eine Grafik gefunden, die tief in einem längst vergessenen Manuskript steckt", sagte sie. "Es hat mir endlich angedeutet, was wirklich passiert ist."

Da sich die obere Atmosphäre während CMEs ausdehnt, sind Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn gezwungen, sich durch zusätzliche gasförmige Partikel zu bewegen, wodurch sie mehr Luftwiderstand erfahren. Satellitenschleifen - ein großes Anliegen von Regierungen und Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie - verursachen Zerfälle in den Umlaufbahnen von Raumfahrzeugen, die anschließend in der Atmosphäre aufbrauchen.

Im Rahmen der neuen Studie verglichen Knipp und ihre Kollegen zwei 15 Jahre lange Satellitendatensätze. Eine war von der Sounding of the Atmosphere mit Breitband-Emissions-Radiometrie (SABRE) Instrument auf NASA TIMED Satelliten. Die andere stammt aus Daten, die von Satelliten des US-Verteidigungsministeriums gesammelt wurden.

"Wir fanden heraus, dass das schnellste Material, das von der Sonne wegströmt, diese Schockwellen auslöst und die Atmosphäre aufheizt und aufheizt", sagte sie. "Aber es wurde sehr deutlich, dass diese Schockwellen die Ursache für das Stickoxid waren, welches die Atmosphäre Energie und Kälte abgab."

SABER sammelt seit seiner Einführung im Jahr 2001 Daten über Stickoxid in der Atmosphäre. Es folgt auf einen weiteren Stickoxid-Messsatelliten namens Student Nitric Oxide Explorer (SNOE). Seit seiner Gründung im Jahr 1998 hat SNOE mehr als 100 CU Boulder-Studenten, hauptsächlich Studenten, in Design und Konstruktion einbezogen. Einmal im Umlauf, wurde SNOE fast sechs Jahre lang von Studenten auf dem Campus 24 Stunden am Tag kontrolliert.

Geomagnetische Stürme haben schwere Auswirkungen auf die Erde gehabt. Ein Sturm 1989, verursacht durch einen CME, führte zum Zusammenbruch des Stromübertragungssystems von Hydro-Quebec, wodurch sechs Millionen Kanadier an Strom verloren gingen. 1859 verursachte ein Sonnensturm namens Carrington Event Auroras vom Nordpol bis nach Mittelamerika und unterbrach Telegrafenkommunikationen, die sogar Brände in Telegraphenämtern entfachten, die mehrere Tote verursachten.

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