عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
صورة للأضواء الشمالية فوق مدينة بلومنجتون بولاية إنديانا. | الائتمان: Space.com/ جوش داينر
أنشأ علماء يابانيون أول مجموعة بيانات طويلة المدى حول الغلاف الجوي للأرض بأكمله، والتي تمتد إلى الفضاء.
ويأملون أن يساعد المشروع في تسليط الضوء على بعض العمليات التي لم يتم استكشافها إلا قليلاً والتي تحدث داخل الكفن الغازي لكوكبنا، بما في ذلك الأضواء الشمالية.
بعض أجزاء من الغلاف الجوي للأرض تتم دراستها بشكل مستمر بتفاصيل لا تصدق. على سبيل المثال، توفر الملايين من محطات الأرصاد الجوية في جميع أنحاء العالم، ومئات من بالونات الأرصاد الجوية وعدد لا يحصى من الطائرات قياسات يومية لطبقة التروبوسفير بأكملها، وهي أدنى منطقة في الغلاف الجوي. تصل البالونات أيضًا إلى الجزء السفلي من طبقة الستراتوسفير، وهي الطبقة التي تعلو طبقة التروبوسفير. إن كمية البيانات الناتجة عن هذه القياسات عالية جدًا لدرجة أنها تجعل نماذج الطقس الحسابية الحديثة معصومة من الخطأ تقريبًا.
ومع ذلك، انظر إلى الأعلى قليلًا، وستجد القصة مختلفة تمامًا. الميزوسفير، وهي طبقة من الهواء المتناثر فوق طبقة الستراتوسفير والتي تصل إلى ما يقرب من حافة الفضاء، غير معروف تمامًا. لا يُعرف سوى القليل جدًا عن العمليات التي تحدث في طبقة الميزوسفير، حتى أن المنطقة تسمى أحيانًا “الغلاف الجاهل”. هذا الفراغ في معرفتنا هو نتيجة لعدم إمكانية الوصول إلى الغلاف الجوي الجاهلي – فهو مرتفع جدًا بالنسبة للبالونات الستراتوسفيرية ومنخفض جدًا بشكل عام بالنسبة للأجهزة الموجودة على الأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض لاستكشاف.
متعلق ب: يمكن لمهمة ناسا المخططة إلى “الجاهلية” أن تحسن توقعات الطقس الفضائي
حاول فريق من الباحثين من جامعة طوكيو حل المشكلة باستخدام النمذجة الحاسوبية. لقد أخذوا القياسات النادرة المتاحة لمعلمات الأرصاد الجوية في الغلاف الجوي المجهول، والتي تم الحصول عليها عن طريق السبر صواريخ وأدوات الرادار والليدار الأرضية – وإدخالها في نظام استيعاب البيانات الجديد الذي طوروه سابقًا. استيعاب البيانات هو أسلوب يجمع بين النمذجة والملاحظات المباشرة للتنبؤ بتطور النظام. تم بعد ذلك توجيه النظام إلى إعادة بناء ما قد يحدث داخل طبقة الميزوسفير لملء الفراغات.
استخدم الباحثون اليابانيون النموذج لتوليد بيانات بقيمة 19 عامًا تشمل تطور الغلاف الجوي بأكمله حتى ارتفاع 110 كيلومترات (68.4 ميلًا). ثم استخدموا قياسات إضافية لرياح الميزوسفير تم الحصول عليها بواسطة الرادار الأرضي للتحقق من بعض المعلمات في النموذج لكسب الثقة في نتائجه.
تغطي مجموعة البيانات الفترة ما بين سبتمبر 2004 وديسمبر 2023، وستمكن الباحثين من استكشاف ونمذجة بعض الظواهر الغامضة التي تحدث على ارتفاعات أعلى، بما في ذلك الشفق القطبي الساحر ونظيره الشفق القطبي الجنوبي.
قال كاورو ساتو، أستاذ فيزياء الغلاف الجوي في جامعة طوكيو والباحث الرئيسي في المشروع، لموقع Space.com: «بالنسبة لطبقتي التروبوسفير والستراتوسفير، لدينا الكثير من البيانات، والنمذجة الرقمية لهذه المنطقة تكاد تكون مثالية». “في المنطقة أعلاه، لا تعمل النماذج بشكل جيد لأنها لا تحتوي على بيانات دقيقة عن الظروف الأولية. ويمكن لمجموعة البيانات الخاصة بنا أن توفر ذلك.”
الغلاف الجوي هو المنطقة الجوية التي ترتبط بها العديد من التأثيرات الطقس الفضائي يحدث. عندما تنفجر الجسيمات المشحونة من الشمس عندما تضرب كوكبنا، فإنها تمتزج بالغازات الرقيقة الموجودة أعلى الأرض، مما يؤدي إلى إثارة جزيئات الهواء. وعندما يحدث ذلك، تطلق الجزيئات توهجًا ساحرًا يمكننا ملاحظته على الأرض مثل الشفق القطبي. ولكن هناك تأثيرات أخرى أقل وضوحًا للطقس الفضائي على الغلاف الجوي.
“يمكن للجزيئات الشمسية عالية الطاقة أن تغير كيمياء الأوزون وتعطل الغلاف الجوي طبقة الأوزونوقال ساتو: “نحن نعلم أيضًا أن ظاهرة الشفق القطبي يمكن أن تخلق ما نسميه موجات الجاذبية، والتي تنتشر بعد ذلك نحو الأسفل في الغلاف الجوي”.
موجات الجاذبية (لا ينبغي الخلط بينها وبين موجات الجاذبية الناتجة عن اصطدامات الثقوب السوداء، من بين مواجهات مثيرة أخرى) هي دوامات تحدث في جميع أنحاء الغلاف الجوي. فهي تنقل الطاقة عبر العالم، مما يؤثر على أنماط المناخ. ومع ذلك، حتى الآن، لم يتمكن مصممو النماذج المناخية من فهم تأثيرات موجات الجاذبية التي تحدث على ارتفاعات أعلى.
وقال ساتو: “توفر مجموعة البيانات الخاصة بنا ظروفًا أولية بدقة عالية جدًا لنموذج الدوران العام للغلاف الجوي”. “لذلك، فهو يسمح لنا بمحاكاة موجات الجاذبية في الغلاف الجوي بأكمله، من السطح إلى حافة الفضاء.”
متعلق ب: الغلاف الجوي للأرض: حقائق عن الغطاء الواقي لكوكبنا
قصص ذات صلة:
– الأضواء الشمالية (الشفق القطبي): ما هي وكيف نراها
– الطقس الفضائي: ما هو وكيف يتم التنبؤ به؟
– تؤكد الدراسة أن كوكبات الأقمار الصناعية الضخمة تهدد تعافي طبقة الأوزون
وستساعد البيانات الباحثين أيضًا على وضع نموذج أفضل لكيفية تأثير العمليات في الغلاف الجوي السفلي على الغلاف الأيوني، وهو جزء من الغلاف الجوي فوق ارتفاعات 50 ميلاً (80 كم)، حيث تتأين الجزيئات الغازية باستمرار بواسطة الغلاف الجوي. الرياح الشمسية. وقال ساتو إن الموجات الجوية، بما في ذلك موجات الجاذبية وموجات المد والجزر ذات النطاق العالمي، تؤثر على دينامو الغلاف الأيوني، وهي عملية توليد تيار كهربائي حول الكوكب من خلال التفاعل بين خطوط المجال المغناطيسي للأرض وحركات الهواء المتأين للغلاف الأيوني.
هناك ألغاز أخرى يأمل الباحثون أن تساعد مجموعة البيانات الخاصة بهم في حلها – على سبيل المثال، الظاهرة الغريبة المعروفة باسم الاقتران بين نصفي الكرة الأرضية، والتي لوحظت لأول مرة في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. وقال ساتو إن الاقتران بين نصفي الكرة الأرضية هو اتصال مفترض بين طبقة الميزوسفير في القطب الجنوبي والستراتوسفير في القطب الشمالي، حيث تظهر السحب النادرة على ارتفاعات عالية بانتظام وتختفي في نفس الوقت، عادةً في شهر يناير.
وقال ساتو: “إذا أردنا أن نفهم الآليات الكامنة وراء هذا الاقتران بين نصفي الكرة الأرضية، فنحن بحاجة إلى البيانات”. “يمكن لمجموعة البيانات الخاصة بنا أن توفر معلومات قيمة للغاية لمعالجة هذا الاقتران.”
ورقة تم نشر وصف العمل الذي قام به الفريق الياباني في مجلة Progress in Earth and Planetary Science في 10 يناير.