A Föld felső légkörének rejtélyes összeomlása

2010. július 15: A NASA által finanszírozott kutatók egy nagy eseményt figyelnek bolygónk légkörében. Magasan a Föld felszíne felett, ahol a légkör és a világűr találkozik, a "termoszférának" nevezett ritka gázréteg nemrégiben összeomlott, és most ismét visszahúzódik.

"Ez a termoszféra legalább 43 év óta a legnagyobb összehúzódása" - mondja John Emmert, a Naval Research Lab munkatársa, a Geophysical Research Letters (GRL) június 19-i számában megjelent tanulmány vezető szerzője. "Ez az űrkorszak rekordja."

Az összeomlás a 2008-2009-es mély napminimum idején következett be - ez a tény kevéssé lepte meg a kutatókat. A termoszféra mindig lehűl és összehúzódik, amikor a naptevékenység alacsony. Ebben az esetben azonban az összeomlás mértéke kétszer-háromszor nagyobb volt, mint amit az alacsony naptevékenység megmagyarázna.

A termoszféra magassága 90 km-től 600+ km-ig terjed. Ez a meteorok, a sarki fény és a műholdak birodalma, amelyek a Föld körül keringve átsiklanak a termoszférán. Ez az a hely, ahol a napsugárzás először érintkezik bolygónkkal. A termoszféra fogadja fel a Napból érkező extrém ultraibolya (EUV) fotonokat, mielőtt azok elérnék a földet. Amikor a naptevékenység magas, a nap EUV sugárzása felmelegíti a termoszférát, és az felpuffad, mint a tábortűz fölé tartott mályvacukor. (Ez a felmelegedés akár 1400 K hőmérsékletet is emelhet - innen a termoszféra elnevezés.) Amikor a naptevékenység alacsony, ennek az ellenkezője történik.

Az utóbbi időben a naptevékenység nagyon alacsony volt. A Nap 2008-ban és 2009-ben évszázados napminimumba süllyedt. A napfoltok ritkák voltak, napkitörések szinte nem is léteztek, és a nap EUV-sugárzása alacsony volt. A kutatók azonnal a termoszféra felé fordították figyelmüket, hogy megnézzék, mi fog történni.

Honnan tudod, hogy mi történik a termoszférában?

Emmert egy okos technikát használ: Mivel a műholdak aerodinamikai ellenállást éreznek, amikor a termoszférán keresztül haladnak, a műholdak bomlását figyelve nyomon lehet követni az ottani körülményeket. Emmert több mint 5000 műhold bomlási sebességét elemezte, amelyek magassága 200 és 600 km között változott, és 1967 és 2010 között helyezkedtek el. Ezáltal egyedülálló tér-időbeli mintavételezést kapott a termoszféra sűrűségéről, hőmérsékletéről és nyomásáról, amely szinte az egész űrkorszakot lefedte. Így fedezte fel, hogy a 2008-2009-es termoszféra-összeomlás nemcsak nagyobb volt, mint bármely korábbi összeomlás, hanem nagyobb is, mint amit a Nap önmagában meg tudott volna magyarázni.

Az egyik lehetséges magyarázat a szén-dioxid (CO2).

Amikor a szén-dioxid a termoszférába kerül, hűtőközegként működik, és infravörös sugárzás útján hőt ad le. Széles körben ismert, hogy a Föld légkörében a CO2 szintje növekszik. A termoszférában lévő többlet CO2 felerősíthette a napminimum hűtő hatását.

"De a számok nem állnak össze" - mondja Emmert. "Még ha figyelembe vesszük is a CO2-t a legjobb tudásunk szerint, hogy hogyan működik hűtőközegként, akkor sem tudjuk teljesen megmagyarázni a termoszféra összeomlását".

Emmert és kollégái szerint az alacsony napenergia EUV az összeomlás mintegy 30%-áért felelős. Az extra CO2 legalább további 10%-ot jelent. Így akár 60% is lehet a megmagyarázhatatlan tényező.

GRL tanulmányukban a szerzők elismerik, hogy a helyzet bonyolult. Többről van szó, mint csak a napenergia EUV és a földi CO2. Például a globális éghajlat trendjei megváltoztathatják a termoszféra összetételét, megváltoztatva annak termikus tulajdonságait és azt, ahogyan a külső ingerekre reagál. A termoszféra általános érzékenysége a napsugárzással szemben valójában növekedhet.

"A sűrűségi anomáliák" - írták - "azt jelezhetik, hogy elérkezett egy még nem azonosított klimatológiai fordulópont, amely az energiaegyensúlyt és a kémiai visszacsatolásokat érinti".

Vagy nem.

Fontos nyomokat találhatunk abban, ahogyan a termoszféra visszapattan. A napminimum most ér véget, az EUV-sugárzás emelkedik, és a termoszféra ismét felpezsdül. Az, hogy a helyreállás pontosan hogyan zajlik, feloldhatja a napenergia és a földi források hozzájárulását.

https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2010/15jul_thermos...