Forscher haben einen Zusammenhang zwischen dem Wetter hier auf der Erde und dem Wetter im Weltraum gefunden. Dies ist eine überraschende Entdeckung, da die Ionosphäre und die untere Atmosphäre Hunderte von Kilometern voneinander entfernt sind.
Das Wetter auf der Erde hat nach neuen Ergebnissen von NASA-Satelliten einen überraschenden Zusammenhang mit dem Weltraumwetter, das hoch in der elektrisch geladenen oberen Atmosphäre, der sogenannten Ionosphäre, auftritt.
"Diese Entdeckung wird dazu beitragen, die Vorhersage von Turbulenzen in der Ionosphäre zu verbessern, die die Funkübertragung und den Empfang von Signalen vom Global Positioning System stören können", sagte Thomas Immel von der University of California in Berkeley, Hauptautor eines Papiers zu der veröffentlichten Forschung 11. August in Geophysical Research Letters.
Die Forscher entdeckten, dass Luftfluten, die durch intensive Gewitteraktivität über Südamerika, Afrika und Südostasien erzeugt wurden, die Struktur der Ionosphäre veränderten.
Die Ionosphäre wird durch Sonnenröntgenstrahlen und ultraviolettes Licht gebildet, die Atome und Moleküle in der oberen Atmosphäre auseinander brechen und eine Schicht aus elektrisch geladenem Gas bilden, die als Plasma bekannt ist. Der dichteste Teil der Ionosphäre bildet zwei Plasmabänder in der Nähe des Äquators in einer Höhe von fast 250 Meilen. Vom 20. März bis 20. April 2002 zeichneten Sensoren an Bord des NASA-Satelliten Imager for Magnetopause to Aurora Global Exploration (IMAGE) diese Bänder auf, die im ultravioletten Licht leuchten.
Anhand von Bildern aus IMAGE entdeckte das Team vier Paare heller Regionen, in denen die Ionosphäre fast doppelt so dicht war wie der Durchschnitt. Drei der hellen Paare befanden sich über tropischen Regenwäldern mit viel Gewitteraktivität - dem Amazonasbecken in Südamerika, dem Kongobecken in Afrika und Indonesien. Ein viertes Paar erschien über dem Pazifik. Die Forscher bestätigten, dass die Gewitter über den drei tropischen Regenwaldregionen mithilfe einer Computersimulation, die vom Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung, Boulder, Colorado, entwickelt wurde und als Global Scale Wave Model bezeichnet wird, Luftfluten in unserer Atmosphäre erzeugen.
Die Verbindung zu Plasmabändern in der Ionosphäre überraschte die Wissenschaftler zunächst, da diese Gezeiten von den Gewittern die Ionosphäre nicht direkt beeinflussen können. Das Gas in der Ionosphäre ist einfach zu dünn. Die Schwerkraft der Erde hält den größten Teil der Atmosphäre nahe an der Oberfläche. Gewitter entstehen in der unteren Atmosphäre oder Troposphäre, die sich fast 10 Meilen über dem Äquator erstreckt. Das Gas in den Plasmabändern ist etwa 10 Milliarden Mal weniger dicht als in der Troposphäre. Die Flut muss mit Atomen in der Atmosphäre oben kollidieren, um sich auszubreiten, aber die Ionosphäre, in der sich die Plasmabänder bilden, ist so dünn, dass Atome dort selten kollidieren.
Die Forscher entdeckten jedoch, dass die Gezeiten die Plasmabänder indirekt beeinflussen könnten, indem sie eine Schicht der Atmosphäre unter den Bändern modifizieren, die sie formen. Unterhalb der Plasmabänder wird eine Schicht der Ionosphäre, die als E-Schicht bezeichnet wird, tagsüber teilweise elektrifiziert. Diese Region erzeugt die darüber liegenden Plasmabänder, wenn Winde in großer Höhe Plasma in der E-Schicht über das Erdmagnetfeld blasen. Da Plasma elektrisch geladen ist, wirkt seine Bewegung über das Erdmagnetfeld wie ein Generator und erzeugt ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld formt das Plasma oben in die beiden Bänder. Alles, was die Bewegung des E-Schicht-Plasmas verändern würde, würde auch die von ihnen erzeugten elektrischen Felder verändern, die dann die darüber liegenden Plasmabänder umformen würden.
Das Global Scale Wave Model zeigte an, dass die Gezeiten ihre Energie etwa 62 bis 75 Meilen über der Erde in der E-Schicht abgeben sollten. Dies unterbricht die dortigen Plasmaströme, was die elektrischen Felder verändert und dichte, helle Zonen in den darüber liegenden Plasmabändern erzeugt.
"Das einzelne Paar heller Zonen über dem Pazifik, das nicht mit einer starken Gewitteraktivität verbunden ist, zeigt, dass sich die Störung um die Erde ausbreitet. Dies ist der erste globale Effekt des identifizierten Oberflächenwetters auf das Weltraumwetter", sagte Immel. "Wir wissen jetzt, dass genaue Vorhersagen ionosphärischer Störungen diesen Effekt des tropischen Wetters berücksichtigen müssen."
„Diese Entdeckung hat unmittelbare Auswirkungen auf das Weltraumwetter und identifiziert vier Sektoren auf der Erde, in denen Weltraumstürme größere ionosphärische Störungen verursachen können. Nordamerika gehört zu einem dieser Sektoren, was möglicherweise erklärt, warum die USA bei Weltraumwetterereignissen unter einzigartig extremen ionosphärischen Bedingungen leiden “, sagte Immel.
Messungen des Satelliten TIMED (Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics) der NASA vom 20. März bis 20. April 2002 haben bestätigt, dass die dichten Zonen in den Plasmabändern vorhanden sind. Die Forscher möchten nun verstehen, ob sich der Effekt mit den Jahreszeiten oder Großereignissen wie Hurrikanen ändert.
Die Forschung wurde von der NASA finanziert. Das Nationale Zentrum für Atmosphärenforschung wird von der National Science Foundation, Arlington, VA, gesponsert.
Das Team besteht aus Immel, Scott England, Stephen Mende und Harald Frey von der University of California, Berkeley; Eiichi Sagawa vom Nationalen Institut für Informations- und Kommunikationstechnologie, Tokio, Japan; Sid Henderson und Charles Swenson von der Utah State University, Logan, Utah; Maura Hagan vom Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung, Höhenobservatorium, Boulder, Colorado; und Larry Paxton vom Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University, Laurel, Md.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
