NASA Rockets шукає гігантські ураганні завихрення у верхній атмосфері

Ці завихрення, або вихори, можуть бути ключовими для погодних умов у верхніх шарах атмосфери, які впливають на всю земну кулю. Експеримент Vorticity, або місія VortEx, готується до запуску 17 березня 2023 року з космічного центру Андоя в Анденесі, Норвегія. Якщо ви коли-небудь стояли на вершині гори чи високої будівлі, ви, мабуть, помічали, наскільки шквалистий він там. Висотні вітри враховуються в планах архітекторів і маршрутах пілотів, але їхній вплив на нашу планету виходить далеко за межі звичайної людської сфери. Ці вітри є джерелами хвиль плавучості: гігантських імпульсів енергії, які викликають зміни на межі Землі з космосом.

Хвилі плавучості є звичайним явищем на Землі. «Вони можуть виникнути внаслідок наближення штормових фронтів або вітру, що вдаряє в гори та посилається вгору», — сказав Джеральд Лемахер, професор фізики в Університеті Клемсона в Південній Кароліні та головний дослідник місії Vorticity Experiment або VortEx. Хвилі плавучості утворюються, коли порив або хвилювання раптово штовхають щільніше повітря вгору в область нижчого тиску, створюючи коливання, коли атмосфера намагається повернутися до рівноваги. Ці коливання призводять до хвиль, які поширюються від обурення, подібно до брижів у ставку.

Хоча хвилі плавучості є звичайним явищем, їх вплив вище в атмосфері все ще погано вивчений.

«У найширшому сенсі цей експеримент має на меті дізнатися про долю хвиль плавучості на краю космосу», — сказав Лемахер.

VortEx шукає одну долю: вихори. Коли хвилі плавучості рухаються вгору та проходять через стабільні шари нашої атмосфери, комп’ютерні моделі показали, що вони можуть утворювати гігантські вири повітря.

«Вони можуть перетворитися на вихори – це може відбуватися всюди в атмосфері, але ми просто не маємо вимірювань, щоб знати», – сказав Лемахер.

Вважається, що ці вихори простягаються на десятки миль від одного боку до іншого, але вони занадто великі, щоб виміряти їх звичайними методами. Lehmacher розробив VortEx, щоб подолати це обмеження, вимірюючи вітри у сильно віддалених місцях.

У місії використовуватимуться чотири ракети, які запускатимуться по дві одночасно. Кожна пара запускається з інтервалом у декілька хвилин. Аероплан, який досягне максимуму на висоті приблизно 224 милі (360 кілометрів), вимірюватиме вітри. Низьколітаючий апарат, який досягає висоти приблизно 87 миль (140 кілометрів), вимірюватиме щільність повітря, яка впливає на формування вихорів. Обидві ракети проводитимуть вимірювання протягом кількох хвилин, перш ніж знову впадуть у Норвезьке море.

Щоб виміряти вітри, ракета, що летить високо, випускатиме люмінесцентні хмари, схожі на ті, що використовуються у феєрверках, відстежуючи їхні рухи з землі. Більшість експериментів такого типу звільнить хмари від корисного вантажу ракети. Але щоб розсунути хмари, щоб виявити більш масштабні візерунки, VortEx буде викидати чотири допоміжні навантаження за раз, кожен досягаючи відстані приблизно 25 миль (40 кілометрів) від ракети, перш ніж випустити власні хмари. Це відбуватиметься в чотирьох різних випадках під час польоту, загалом 16 хмар на різних висотах і відстанях, що допоможе показати великомасштабні моделі. Спостерігаючи за рухом цих хмар, команда VortEX шукатиме будь-які помітні ознаки завихрення. Потім команда повторить експеримент, запустивши другу пару ракет за інших погодних умов або пізніше тієї ночі, або через кілька днів (залежно від сприятливих умов).

Команда VortEx також спостерігатиме за хвилями плавучості знизу. Обсерваторія Аломар, якою керує Космічний центр Андоя в Анденесі, Норвегія, має необхідні наземні радари та системи зображення для виявлення хвиль плавучості, що відбуваються в режимі реального часу. Тут також розташовані Скандинавські гори, які простягаються вздовж Норвегії з півночі на південь. Вони є регулярним джерелом хвиль плавучості, коли вітри мчать проти гір і піднімаються в небо.

Якщо VortEx знайде вихори, це стане ключовим кроком у розумінні погоди у верхніх шарах атмосфери, яка впливає на GPS-навігацію та сигнали зв’язку. Сучасним комп’ютерним моделям погоди у верхніх шарах атмосфери все ще важко пояснити вплив хвиль плавучості. Ключем можуть бути вихори, каже Лемахер, оскільки вони більш передбачувані, ніж самі хвилі плавучості.

«Вихрові структури дотримуються певних універсальних правил, які ми могли б ввести в моделі, щоб змусити їх працювати в цих масштабах», — сказав Лемахер. «Замість того, щоб відстежувати окремі хвилі плавучості, ви просто опишете їх за допомогою спектра вихорів».