اسرار منطقه نامرئی جو زمین در مورد شفق شمالی

به گزارش ICTNN، محققان ژاپنی امیدوارند که پروژه جدید آنها بتواند به آشکار کردن برخی از فرآیندهای کمتر مطالعه شده در گوشته گازی سیاره ما، از جمله شفق های شمالی باشکوه کمک کند.

به گفته اسپیسی، بخش هایی از جو زمین به طور مداوم با جزئیات باورنکردنی مورد مطالعه قرار می گیرد. به عنوان مثال، میلیون ها ایستگاه هواشناسی در سراسر جهان، صدها بالون هواشناسی، و هواپیماهای بی شماری هر روز کل تروپوسفر زمین، پایین ترین منطقه جو سیاره را زیر نظر دارند. بالون ها به استراتوسفر پایینی نیز می رسند. حجم داده های تولید شده توسط این نظرسنجی ها آنقدر زیاد است که مدل های جدید آب و هوای رایانه ای را عملاً بدون خطا می کند.

با این حال، اگر کمی بالاتر نگاه کنید، خواهید دید که داستان کاملا متفاوت است. مزوسفر که لایه ای از هوا است که در بالای استراتوسفر پراکنده شده و تقریباً به لبه فضا می رسد، کاملاً ناشناخته است. آنقدر اطلاعات کمی در مورد فرآیندهای مزوسفر وجود دارد که گاهی اوقات این منطقه را “جهان کره” یا “کره نادیده گرفته شده” می نامند. این شکاف در دانش ما ناشی از غیرقابل دسترس بودن جهل کره است، بسیار زیاد برای بالن های استراتوسفر و بسیار کم برای ماهواره های در مدار پایین زمین.

گروهی از محققان دانشگاه توکیو (UTokyo) سعی کردند با استفاده از مدل سازی کامپیوتری مشکل را حل کنند. آن‌ها مشاهدات نادری را که با موشک‌ها، رادارهای زمینی و فن‌آوری لیدار بر روی پارامترهای آب‌وهوای نادیده گرفته‌شده به‌دست آوردند و آن‌ها را به یک سیستم همسان‌سازی داده‌های جدیدی که قبلا توسعه داده بودند، وارد کردند. یکسان سازی داده ها روشی است که مدل سازی و مشاهدات مستقیم را برای پیش بینی تکامل یک سیستم ترکیب می کند. سپس این سیستم وظیفه داشت آنچه را که ممکن است در مزوسفر در حال رخ دادن است بازسازی کند تا شکاف ها را پر کند.

محققان از این مدل برای تولید داده هایی از جمله تکامل کل جو تا ارتفاع 110 کیلومتری استفاده کردند. آنها از نتایج بررسی بادهای مزوسفری به دست آمده توسط رادار زمینی برای تأیید پارامترهای خاصی از مدل برای تضمین نتایج آن استفاده کردند. مجموعه داده بازه زمانی بین سپتامبر 2004 تا دسامبر 2023 را پوشش می‌دهد و به محققان اجازه می‌دهد تا برخی از مرموزترین پدیده‌ها، از جمله شفق‌های شمالی را که در ارتفاعات بالاتر رخ می‌دهند، کاوش و مدل‌سازی کنند.

“کائورو ساتو”، استاد دانشگاه توکیو و محقق اصلی این پروژه، گفت: ما داده های زیادی در مورد تروپوسفر و استراتوسفر داریم و مدل سازی عددی برای این منطقه تقریبا کامل شده است. در ناحیه بالا، مدل ها به خوبی عمل نمی کنند. زیرا داده های دقیقی از شرایط اولیه ندارند. مجموعه داده ما می تواند داده های مورد نیاز را ارائه دهد.

جهل کره یک منطقه جوی است که در آن بسیاری از اثرات مربوط به آب و هوای فضا رخ می دهد. هنگامی که انفجاری از ذرات باردار از خورشید به سیاره ما برخورد می کند، با گازهای بالای زمین مخلوط می شود و مولکول های هوا را تحریک می کند. وقتی این اتفاق می‌افتد، مولکول‌ها درخشش شگفت‌انگیزی از خود ساطع می‌کنند که روی زمین به‌عنوان شفق‌های شمالی قابل مشاهده است، اما آب‌وهوای فضا تأثیرات دیگری بر جو دارد که کمتر قابل مشاهده است.

ساتو گفت: “ذرات پرانرژی خورشیدی می توانند شیمی ازن را تغییر داده و آن را مختل کنند.” ما همچنین می دانیم که شفق های شمالی می توانند امواج گرانشی ایجاد کنند که سپس در جو منتشر می شوند.

امواج گرانشی که نباید با امواج گرانشی ناشی از برخورد سیاهچاله ها و دیگر برخوردهای چشمگیر اشتباه گرفته شوند، در سراسر جو رخ می دهند. آنها انرژی را در سراسر جهان حمل می کنند و بر شرایط آب و هوایی تأثیر می گذارند. با این حال، تاکنون، مدل‌سازان آب و هوا قادر به درک تأثیر امواج گرانشی که در ارتفاعات بالاتر رخ می‌دهند، نبوده‌اند.

ساتو گفت: “مجموعه داده ما شرایط اولیه با وضوح بسیار بالا را برای مدل گردش عمومی جوی فراهم می کند.” بنابراین، این به ما امکان می دهد امواج گرانشی را در سراسر جو زمین، از سطح تا نقاط دوردست فضا، شبیه سازی کنیم.

این داده ها به محققان کمک می کند تا بفهمند که چگونه فرآیندهای جوی پایین بر یونوسفر در ارتفاع 80 کیلومتری تأثیر می گذارد، جایی که ذرات گازی دائماً توسط باد خورشیدی یونیزه می شوند. ساتو گفت که امواج جوی، از جمله امواج گرانشی و امواج جزر و مدی، در سطح جهانی بر فرآیندی در یونوسفر تأثیر می‌گذارند که جریان الکتریکی را در اطراف سیاره از طریق تعامل بین خطوط میدان مغناطیسی زمین و حرکات هوای یونیزه شده از یونوسفر ایجاد می‌کند.

این تحقیق در مجله “Earth and Planetary Science” منتشر شده است.

ICTNN