Исследователи обнаружили, что на Земле и в космосе наблюдается один и тот же беспорядок

Исследователи из Университета Кюсю сделали интересное открытие о турбулентности в термосфере: она имеет те же физические законы, что и ветры в нижних слоях атмосферы. Кроме того, термосферные ветры в основном следуют циклоническому типу, вращаясь против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии.

Эти результаты раскрывают новаторский принцип объединения разнообразных экосистем Земли и потенциально могут повысить точность прогнозов наземной и космической погоды.

В какой-то момент мы все следили за последними прогнозами погоды, но комплексные исследования, лежащие в основе понимания того, как движется воздух на Земле, несомненно, сложны.

«На самом базовом уровне мы изучаем взаимодействие кинетической энергии в атмосфере разных размеров и масштабов; Эта энергия в основном представлена ​​в виде ветра и турбулентности. За последние десятилетия огромный объем данных дал нам представление о том, как эта энергия течет и рассеивается, влияя на погоду в тропосфере, самом нижнем слое атмосферы. объясняет профессор Хуйсинь Лю из Научного колледжа Университета Кюсю, который руководил исследованием. «Мои исследования сосредоточены на движениях в верхних слоях атмосферы, особенно в термосфере, где мы изучаем соответствующие законы, которые управляют динамикой и потоком энергии в регионе».

Термосфера, расположенная примерно на высоте от 80 до 550 километров над уровнем моря, служит воротами в космос и играет важную роль в космических операциях. Эта важная область является домом для Международной космической станции и нескольких спутников, а также отвечает за создание красивого северного сияния.

В рамках совместных усилий Лю объединился с исследователем-метеорологом доктором Факундо Л. Поблете из Института физики атмосферы Лейбница Ростокского университета. Опыт доктора Поблете заключается в изучении динамики и турбулентности в нижних слоях атмосферы, особенно на высоте ниже 100 км.

«Мои исследования посвящены космической физике, и я хотел посмотреть, сможем ли мы применить его метеорологические методы к моей области исследований». Лео объясняет.

Команда тщательно проанализировала данные о термосферном ветре с двух спутников: Challenging Small Satellite Payload (CHAMP) и Steady-State Gravity Field and Ocean Circulation Explorer (GOCE). Используя эти данные, они рассчитали структурную функцию ветра третьего порядка — статистическую величину, которая дает представление о лежащей в основе турбулентности. К своему удивлению, они сделали революционное открытие: в термосфере действуют законы, аналогичные законам нижних слоев атмосферы.

«Это означает, что и атмосфера, и тропосфера — хотя состав и динамика атмосферы очень различаются — подчиняются одним и тем же законам физики. То, как энергия течет и рассеивается в этих двух регионах, очень похоже. Лео продолжает.

Несмотря на значительные успехи в понимании термосферы, сложное взаимодействие между турбулентностью и волнами разных масштабов остается во многом загадочным. Команда рада, что их результаты пролили свет на этот относительно неисследованный аспект динамики ближнего космоса.

«Подобно прогнозированию атмосферной погоды, понимание распределения энергии в термосфере жизненно важно для улучшения нашего понимания космической динамики». — заключает Лео. «Мы надеемся, что эти результаты могут быть использованы для улучшения прогнозирования космической погоды и обеспечения постоянной функциональности и безопасности спутниковых технологий, необходимых для повседневной жизни».

Ссылка на журнал:

1. Факундо Л. Поблете, Хуйсинь Лю, Хорхе Л. Чао. Структурные функции третьего порядка зональных ветров термосферы по данным наблюдений CHAMP и GOCE. Письма о геофизических исследованиях, 2024 г.; Цифровой идентификатор: 10.1029/2024GL108367