Forskere har i nogen tid vidst, at Jordens atmosfære mister flere hundrede tons ilt hver dag. De forstår, hvordan dette iltab sker på Jordens nattside, men de er ikke sikre på, hvordan det sker på dagssiden. De ved dog én ting; de sker under auroras.
Ifølge en pressemeddelelse fra NASAs Earth Observatory er ingen to iltudstrømningshændelser nøjagtigt de samme, hvilket gør forståelsen af dem en udfordring. De kalder begivenhederne 'gasfontener', der slipper ud af Jorden under auroral aktivitet, og Earth Observatory har en mission dedikeret til at forstå dem.
Missionen er en del af NASAs Earth Observatory-program kaldet VISIONS-2 (Visualisering af Ion-udstrømning via Neutral Atom Sensing-2), og det kræver visse betingelser. Det ligger i Ny Alesund, Svalbard, Norge med god grund. Det er den nordligste året rundt civile bosættelse i verden. Det har en isfri havn året rundt og et moderne raketfyringsanlæg. Der er heller ingen sol i vinternatten her for at forstyrre studiet af aurorerne.
Men der er noget andet, der gør dette til den perfekte ramme for VISIONS-2-missionen. Hver morgen passerer Ny Ålesund under et svagt punkt i Jordens magnetiske boble. Det svage punkt er som en tragt, der kanaliserer den hårde solvind i vores øvre atmosfære. Det medfører auroralskærme og koger gasserne i vores atmosfære ud i rumvakuumet i en auroralsk springvand.
For nylig lancerede forskere med VISIONS-2 to lydende raketter for at undersøge iltab under auroras. Rakende raketter er små målrettede raketter, der hurtigt kan startes. I dette tilfælde blev de to raketter fyldt med kameraer og andre instrumenter og forberedt til lancering.
Startteamet skal være meget tålmodig. Men selvfølgelig har de teknologi på deres side. De behøver ikke at vente, indtil de ser auroraen, de har avanceret meddelelse om en aurora takket være DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) satellit.
DSCOVR er NOAAs solvindobservatorium. Den sidder ude på LaGrange-punktet mellem Jorden og Solen og fortæller VISIONS-2-teamet, når solvinden er kraftig nok og orienteret den rigtige måde at forårsage auraer. I bedste fald får holdet en times advarsel.
Selv med avanceret advarsel er holdet forsigtigt. Hvis solvinden viser sig at være for svag, vil de have spildt lanceringen. Hvis jordbunden vindforhold i Jordens atmosfære er for stærke, er det også et problem. Raketerne er uguidede, så de skal orienteres inden lanceringen for at tage højde for vinden. Heldigvis har teamet et andet værktøj til rådighed, vejrballoner, der efter behov sendes hvert 30. minut for at teste vinden.
”Vi havde en så fantastisk oplevelse af at opbygge disse meget komplekse og dygtige nyttelaster…” - Doug Rowland, hovedundersøger, NASAs Goddard Space Flight Center.
Raketerne blev iscenesat i Ny-Ålesund, Svalbard (Norge), og forskerne ventede på en aurora, inden de startede parret. Den 7. december 2018 lancerede forskerne de to raketter under en aurora. Billedet herunder er en lang eksponering af raketterne, som fanger begge lanceringer, selvom de forekom et par minutters mellemrum.
Missionen brugte et par raketter, så de kunne bruge en blanding af forskellige instrumenter i hver. Nogle instrumenter krævede en roterende platform, og andre gjorde det ikke. Et par raketter, der blev skudt med et par minutter mellem dem, gjorde det også muligt for lignende instrumenter at tage målinger over tid. Ovenstående billede viser antændelser og udbrændinger af de to raketter fra første fase, da de blev sendt til deres mission for at studere ilttab i Jordens atmosfære.
”Vi havde en så fantastisk oplevelse af at opbygge disse meget komplekse og dygtige nyttelaster, integrere og teste dem ved Wallops og derefter bringe dem til marken,” sagde Doug Rowland, hovedundersøgelsesmand for mission og rumfysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center. ”Lanceringen var et meget følelsesladet øjeblik, endnu mere, da vi så, at alle instrumenterne havde fungeret godt, og de videnskabelige forhold var gode.”
Efter lanceringen er der ti minutter, før raketten udfører sit arbejde i den atmosfæriske springvand. Neutrale atomafbildningskameraer bygger et billede af springvandet indefra og uden. Auroral kameraet dokumenterer auroraen selv, dens temperatur, intensitet og højde. Hvis alt går godt, belønnes forskerteamet med en 'mur af videnskab'.
Lanceringen af 7. december ser ud til at have været en succes. Et tidligt kig på dataene viser, at instrumenterne fungerede korrekt og returnerede de tilsigtede data. ”Jeg tror, vi så den‘ atmosfæriske springvand, ’” sagde Rowland. Dataene skal stadig analyseres og skaleres, "men vi kan have bevis for det fra flere perspektiver."
Jorden er selvfølgelig en dynamisk, levende, aktiv planet. Der sker meget her. VISIONS-2-projektet er ikke kun designet til at hjælpe os med at forstå vores egen planet bedre, men også andre planeter. Hvilke planeter er beboelige? Hvorfor er nogle så øde? Hvordan mistede en planet som Mars, der engang havde en atmosfære, den?
Jordens atmosfære vil ikke være væk snart. Ikke før solen bliver rød kæmpe om cirka 5 milliarder år. På det fjerne tidspunkt vil den ekspanderende sol koge vores atmosfære væk som intet. Så er vi færdige.
Mængden af ilt (og brint), der mistes fra Jordens atmosfære under disse auroras, er lille. Flere hundrede tons hver dag lyder måske meget, men det er det ikke. Under alle omstændigheder hjælper fotosyntesen med at gendanne ilt. Det er stadig et vigtigt stykke af puslespillet til at forstå, hvordan tingene fungerer, og hvad detaljerne er i forholdet mellem Jorden og dens stjerne.
- Pressemeddelelse: Mod kortlægning af atmosfæreens flugt fra jorden
- Jordobservatoriumsnotater fra marken: Ambushing the Aurora
- DSCOVR: Deep Space Climate Observatory
- Cornell University Ask and Astronom: Hvor mange meteoritter rammer Jorden hvert år?
