НАСА запускает ракету для исследования загадочного региона над Северным полюсом

Странные вещи происходят в атмосфере Земли на высоких широтах. В местный полдень, когда Солнце находится в самой высокой точке, в небе проходит воронкообразный разрыв магнитного поля нашей планеты. Магнитное поле Земли защищает нас от солнечного ветра, потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Разрыв в этом поле, называемый полярным краем, позволяет солнечному ветру по прямой линии достигать атмосферы Земли.

Когда вы путешествуете по этой части неба, радио и GPS-сигналы ведут себя странно. За последние 20 лет ученые и операторы космических аппаратов заметили еще кое-что необычное, когда космические аппараты проходят через этот регион: они замедляются.

Двери ампулы с индикатором паров открываются на полезной нагрузке CREX-2 во время испытаний в Космическом центре Андёя. кредит: НАСА

Марк Конди, физик из Университета Аляски в Фэрбенксе и главный исследователь НАСАCusp’s Cusp Area Missile Experience, или CREX-2, зондирующая ракетная миссия. Это потому, что воздух на кончике космического корабля заметно плотнее, чем воздух в других местах на орбитах космического корабля вокруг Земли. Но никто не знает, почему и как. Понимая силы, действующие на крышку, ученые надеются лучше предвидеть изменения в траекториях космических кораблей.

Полезная нагрузка CREX-2 была успешно запущена в 3:25 утра по восточному поясному времени 1 декабря 2021 года из космического центра Андёя в Норвегии. Четырехступенчатая зондирующая ракета «Иволга IV» разнесла полезную нагрузку на высоту 392 мили. Первоначальные отчеты показывают, что полет был успешным и что ампулы с дымом были доставлены, как и планировалось. Были получены хорошие данные, в том числе данные от группы паровых изображений.

CREX-2 стремится в первую очередь узнать больше о динамике на переднем крае в рамках Инициатива Grand Challenge — CUSP В 2019 году, хотя все системы были готовы к запуску, миссия вообще не стартовала. В то время солнечная активность была низкой, и в результате условия космической погоды не подходили для миссии во время начального окна запуска. В COVID-19 Пандемия также задержала его поездку. Теперь, после почти двухлетней задержки, CREX-2 снова готовится к полету в надежде ответить на вопросы о своей отправной точке. Команда настроена оптимистично. Солнце находится в более активной фазе своей активности естественный цикл На этот раз увеличиваются шансы, что условия космической погоды будут благоприятными для их миссии по изучению необычно плотной области атмосферы.

Хотя плотность атмосферы Земли быстро уменьшается с высотой, она остается неизменной по горизонтали. То есть на любой заданной высоте атмосфера на земном шаре имеет примерно одинаковую плотность.

За исключением края, на высоте 250 миль, есть воздушная зона, в полтора раза более плотная, чем другой воздух на этой высоте. «Нельзя просто увеличить массу в 1,5 раза и ничего не делать, иначе небо упадет», — сказал Конде. Что-то невидимое поддерживает эту дополнительную массу, и миссия CREX-2 направлена ​​на то, чтобы выяснить, что именно.

Миссия предназначена для измерения многих факторов, которые могут объяснить, насколько плотный воздух на краю остается взвешенным. Тогда, по словам Конде, ученые смогут «попытаться определить, кто выполняет эту работу».

Одна из возможностей связана с электрическими и магнитными эффектами в ионосфере, слое верхней атмосферы Земли, который ионизируется Солнцем, что означает, что он содержит электрически заряженные частицы. Электродинамика может косвенно поддерживать более плотный воздух или вызывать нагрев, который генерирует вертикальные ветры, чтобы удерживать более плотный воздух в воздухе. CREX-2 содержит набор инструментов, предназначенных для измерения этих эффектов.

Другое объяснение может заключаться в том, что воздух во всей вертикальной колонне конечности плотнее, чем ее окружность. Сложенный поверх более тяжелого воздуха, плотный воздух на высоте 250 миль все еще будет парить. Но наличие столба более тяжелого воздуха должно вызывать горизонтальные или даже вихревые ветры, на которые рассчитан CREX-2.

И сделаете это стильно. Ракета будет стрелять 20 банками размером с банку из-под газировки, каждая со своим небольшим ракетным двигателем, в четырех направлениях. Банки разрываются по времени на разной высоте. Когда они взорвутся, они выпустят отслеживание паров Частицы, часто встречающиеся в фейерверках, светятся от рассеянного солнечного света или при воздействии кислорода в трехмерной сетке в небе. Ветер раскрасит небо этими светящимися облаками, показывая, как движется воздух в этой необычной части атмосферы.

Разноцветные облака, образованные запуском паровых трекеров с двух ракет, позволяют ученым измерять скорость ветра. Предоставлено: НАСА / Ли Вингфилд.

Этот аспект работы требует сложной логистики. «Это очень большая игра в шахматы», — сказал Конде. Команде необходимо рассмотреть эти детекторы с нескольких точек зрения, чтобы получить полное представление о характере ветра. Ученые, некоторые из которых являются аспирантами, будут размещены по всей Скандинавии для получения изображений с помощью устройств слежения в течение 20-30 минут. Один студент снимет их с самолета, летящего из Рейкьявика, Исландия, а другие будут снимать осветительные ракеты с двух мест на норвежском острове Шпицберген.

Для запуска нужны «умеренные» условия. Выступ присутствует только в полдень по местному времени, но небо должно быть темным, чтобы было видно свечение следопытов. Поэтому CREX-2 будет запущен в середине зимы, когда в этих крайних северных широтах очень мало солнечного света.

«Мы делаем иглу с иглой», — сказал Конде. «У нас есть около часа или двух каждый день, когда есть подходящие условия для проведения эксперимента». По крайней мере, две станции нуждаются в четком обзоре трассеров для сбора достаточного количества данных. Стартовое окно на 2019 год было открыто 17 дней, и ни один из них не подходил для полета CREX-2.

«Торговля ракетами — очень рискованная игра», — сказал Конде. «Вы потратите два или три года на разработку полезной нагрузки, но, в конце концов, все зависит от выбора, когда нажимать кнопку для захвата желаемого флага». Иногда этот момент не наступает. Конде и команда CREX-2 с нетерпением ждут еще одной возможности для запуска. «Честно говоря, это здорово, — сказал Конде. «Чтобы наконец попробовать еще раз — я не совсем уверен, что у меня есть для этого подходящие слова».