บรรยากาศรอบนอกโลกคืออะไร? (และสตีฟคือใคร?)

ชั้นโมเลกุลที่หนาแน่นและอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเรียกว่าไอโอโนสเฟียร์ซึ่งแขวนอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกเริ่มต้นที่ประมาณ 35 ไมล์ (60 กิโลเมตร) เหนือพื้นผิวของดาวเคราะห์และแผ่ออกไปไกลกว่า 620 ไมล์ (1,000 กิโลเมตร) การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์มาจากอนุภาคบุฟเฟ่ต์ด้านบนแขวนลอยอยู่ในชั้นบรรยากาศ สัญญาณวิทยุจากด้านล่างกระเด็นออกจากชั้นบรรยากาศรอบนอกกลับสู่เครื่องมือบนพื้นดิน ในที่ที่บรรยากาศของไอโอโนสเฟียร์ซ้อนทับกับสนามแม่เหล็กท้องฟ้าจะเปล่งประกายออกมาด้วยแสงที่เปล่งประกายอย่างน่าอัศจรรย์

บรรยากาศนอกชานอยู่ที่ไหน?

หลายชั้นที่แตกต่างกันสร้างบรรยากาศของโลกรวมถึง mesosphere ซึ่งเริ่ม 31 ไมล์ (50 กม.) และเทอร์โมสเฟียร์ซึ่งเริ่มต้นที่ 53 ไมล์ (85 กม.) ขึ้นไป ไอโอสเฟียร์ประกอบด้วยสามส่วนภายใน mesosphere และเทอร์โมสเฟียร์ระบุเลเยอร์ D, E และ F ตามศูนย์ UCAR เพื่อการศึกษาวิทยาศาสตร์

รังสีอุลตร้าไวโอเล็ตและรังสีเอกซ์จากดวงอาทิตย์ถล่มบริเวณส่วนบนของชั้นบรรยากาศเหล่านี้ทำให้เกิดการปะทะกันของอะตอมและโมเลกุลที่อยู่ภายในชั้นเหล่านั้น การแผ่รังสีอันทรงพลังจะปล่อยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบออกจากอนุภาคซึ่งจะเปลี่ยนประจุไฟฟ้าของอนุภาคเหล่านั้น เมฆที่เกิดขึ้นของอิเล็กตรอนอิสระและอนุภาคที่มีประจุเรียกว่าไอออนทำให้เกิดชื่อ "ไอโอสเฟียร์" ก๊าซไอออไนซ์หรือพลาสม่าผสมกับชั้นบรรยากาศที่เป็นกลาง

ความเข้มข้นของไอออนในบรรยากาศรอบนอกนั้นแตกต่างกันไปตามปริมาณการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนโลก บรรยากาศรอบนอกของโลกนั้นหนาแน่นขึ้นด้วยอนุภาคที่มีประจุในระหว่างวัน แต่ความหนาแน่นนั้นลดลงในเวลากลางคืนเนื่องจากอนุภาคที่มีประจุจะรวมตัวกันอีกครั้งด้วยอิเล็กตรอนที่ถูกแทนที่ ชั้นไอโอสเฟียร์ทั้งชั้นปรากฏขึ้นและหายไปในช่วงวัฏจักรประจำวันนี้ การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ก็ผันผวนตลอดระยะเวลา 11 ปีซึ่งหมายความว่าดวงอาทิตย์อาจแผ่รังสีออกไปมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปี

เปลวสุริยะและกระโชกลมสุริยะระเบิดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในบรรยากาศรอบนอกโลกพร้อมกับลมสูงและระบบสภาพอากาศที่รุนแรงบนโลกเบื้องล่าง

ส่องสว่างท้องฟ้า

พื้นผิวที่ร้อนจัดของดวงอาทิตย์จะปลดปล่อยลำธารของอนุภาคที่มีประจุสูงและลำธารเหล่านี้เรียกว่าลมสุริยะ อ้างอิงจากศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลของนาซ่าลมสุริยะผ่านอวกาศประมาณ 25 ไมล์ (40 กิโลเมตร) ต่อวินาที เมื่อไปถึงสนามแม่เหล็กของโลกและบรรยากาศรอบนอกของไอโอโนสเฟียร์ลมสุริยะก็เกิดปฏิกิริยาเคมีที่มีสีสันในท้องฟ้ายามค่ำคืนที่เรียกว่าออโรร่า

เมื่อลมสุริยะพัดไปทั่วโลกดาวเคราะห์ยังคงป้องกันอยู่หลังสนามแม่เหล็กของมันหรือที่เรียกว่าสนามแม่เหล็ก สร้างโดยการปั่นเหล็กหลอมเหลวในแกนกลางของโลก, สนามแม่เหล็กส่งการแข่งขันรังสีดวงอาทิตย์ไปทางขั้วทั้งสอง อนุภาคที่มีประจุชนกับสารเคมีที่หมุนวนอยู่ในบรรยากาศรอบนอกทำให้เกิดออโรร่าที่น่าอัศจรรย์

นักวิทยาศาสตร์ได้พบว่าสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์บีบตัวอ่อนลงของโลกทำให้เกิดแสงออโรร่าไปทางด้านกลางคืนของดาวเคราะห์ตามที่รายงานโดยกลศาสตร์ยอดนิยม

ใกล้กับวงกลมอาร์กติกและแอนตาร์กติกมีแสงออโรร่าส่องผ่านท้องฟ้าทุกคืน ม่านแสงสีสดใสที่รู้จักกันในชื่อออโรร่า borealis และออโรร่าออสตราเลเซียตามลำดับแขวนประมาณ 620 ไมล์ (1,000 กิโลเมตร) เหนือพื้นผิวโลก แสงออโรร่าส่องสว่างเป็นสีเขียวเหลืองเมื่อไอออนจับอนุภาคออกซิเจนในบรรยากาศรอบนอก แสงสีแดงมักผลิบานไปตามขอบแสงออโรร่าและสีม่วงและสีน้ำเงินก็ปรากฏขึ้นในท้องฟ้ายามค่ำคืนด้วย

“ สาเหตุของแสงออโรร่าค่อนข้างเป็นที่รู้จัก แต่ก็ไม่ได้รับการแก้ไขทั้งหมด” โทชินิชิมุระนักธรณีฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบอสตันกล่าว "ยกตัวอย่างเช่นสิ่งที่ทำให้เกิดสีออโรร่าประเภทเฉพาะเช่นสีม่วงยังคงเป็นปริศนา"

สตีฟคือใคร

นอกเหนือจากออโรร่าแล้วไอโอสเฟียร์ยังเป็นเจ้าภาพในการจัดแสดงแสงที่น่าประทับใจอื่น ๆ

ในปี 2559 นักวิทยาศาสตร์พลเมืองเห็นปรากฏการณ์ที่สะดุดตาโดยเฉพาะซึ่งนักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายอธิบาย Space.com น้องสาวของ Science Live รายงานก่อนหน้านี้ แม่น้ำที่สว่างของแสงสีขาวและสีชมพูไหลผ่านแคนาดาซึ่งอยู่ทางใต้ไกลกว่าออโรร่าส่วนใหญ่จะปรากฏ เครื่องหมายขีดสีเขียวผสมเข้าด้วยกันเป็นครั้งคราว แสงลึกลับนั้นถูกตั้งชื่อว่าสตีฟเป็นการแสดงความเคารพต่อภาพยนตร์อนิเมชั่น "Over the Hedge" และต่อมาถูกเปลี่ยนโฉมเป็น "การเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนด้วยความร้อน" Strong- ยังคงเป็นแบบสั้น

“ เราศึกษาออโรร่ามาหลายร้อยปีแล้วและเราทำไม่ได้และยังอธิบายไม่ได้ว่าสตีฟคืออะไร” กาเร็ ธ เพอร์รีนักวิทยาศาสตร์ด้านอวกาศจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งรัฐนิวเจอร์ซีย์กล่าว "มันน่าสนใจเพราะการปล่อยและคุณสมบัติของมันไม่เหมือนอย่างอื่นที่เราสังเกตเห็นอย่างน้อยก็กับออพติกในไอโอโนสเฟียร์"

จากการศึกษาในปี 2019 ในวารสาร Geophysical Research Letters ลายเส้นสีเขียวภายใน STEVE อาจพัฒนาคล้ายกับลักษณะของแสงออโรร่าแบบดั้งเดิมในขณะที่อนุภาคที่มีประจุจะถูกฝนตกบนชั้นบรรยากาศ อย่างไรก็ตามใน STEVE ดูเหมือนว่าแม่น้ำแห่งแสงจะส่องแสงเมื่ออนุภาคภายในไอโอโนสเฟียร์ชนกันและสร้างความร้อนขึ้นมาเอง

การสื่อสารและระบบนำทาง

แม้ว่าปฏิกิริยาในบรรยากาศรอบนอกโลกจะวาดท้องฟ้าด้วยเฉดสีที่สวยงาม แต่ก็สามารถรบกวนสัญญาณวิทยุรบกวนระบบนำทางและบางครั้งก็ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าดับ

ไอโอโนสเฟียร์สะท้อนการส่งสัญญาณวิทยุต่ำกว่า 10 เมกะเฮิรตซ์ช่วยให้ทหารสายการบินและนักวิทยาศาสตร์เชื่อมโยงระบบเรดาร์และการสื่อสารในระยะทางไกล ระบบเหล่านี้ทำงานได้ดีที่สุดเมื่อบรรยากาศรอบนอกเรียบเหมือนกระจก แต่มันสามารถถูกรบกวนด้วยความผิดปกติในพลาสมา การส่งสัญญาณ GPS ส่งผ่านบรรยากาศรอบนอกโลกดังนั้นจึงมีช่องโหว่เดียวกัน

“ ในช่วงที่พายุก่อตัวทางธรณีวิทยาขนาดใหญ่หรือเหตุการณ์สภาพอากาศในอวกาศกระแสน้ำสามารถทำให้เกิดกระแสอื่น ๆ บนพื้นดินกริดไฟฟ้าท่อส่ง ฯลฯ และก่อให้เกิดความเสียหายได้” เพอร์รีกล่าว หนึ่งในพายุสุริยะทำให้เกิดควิเบกที่มีชื่อเสียงดับในปี 1989 "สามสิบปีต่อมาระบบไฟฟ้าของเรายังคงมีความเสี่ยงต่อเหตุการณ์ดังกล่าว"

นักวิทยาศาสตร์ศึกษาไอโอโนสเฟียร์โดยใช้เรดาร์กล้องอุปกรณ์ยึดด้วยดาวเทียมและแบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อทำความเข้าใจพลวัตทางกายภาพและเคมีของภูมิภาค ด้วยความรู้นี้พวกเขาหวังว่าจะทำนายการหยุดชะงักในบรรยากาศรอบนอกได้ดีขึ้นและป้องกันปัญหาที่อาจทำให้เกิดบนพื้นดินด้านล่าง