Gusti sloj molekula i električno nabijenih čestica, zvanih ionosfera, visi u Zemljinoj gornjoj atmosferi, a započinje na oko 35 milja (60 kilometara) iznad površine planeta i pruža se dalje od 1000 km (620 milja). Sunčevo zračenje koje dolazi iznad čestica čestica suspendiranih u atmosferskom sloju. Radio signali odozdo odbijaju ionosferu natrag prema instrumentima na zemlji. Tamo gdje se ionosfera preklapa s magnetskim poljem, nebo eruptira u sjajnim svjetlosnim prikazima koje je nevjerojatno gledati.
Gdje je ionosfera?
Nekoliko različitih slojeva čine Zemljinu atmosferu, uključujući mezosferu koja počinje 31 milju (50 km) gore i termosferu koja počinje 53 milje (85 km) gore. Ionosfera se sastoji od tri dijela unutar mezofere i termosfere, koji su označeni kao slojevi D, E i F, prema UCAR Centru za naučno obrazovanje.
Ekstremno ultraljubičasto zračenje i sunčeve zrake bombardiraju gornja područja atmosfere, udarajući u atome i molekule unutar tih slojeva. Snažno zračenje izbacuje iz čestica negativno nabijene elektrone, mijenjajući električni naboj tih čestica. Rezultirajući oblak slobodnih elektrona i nabijenih čestica, zvanih ioni, doveo je do naziva "ionosfera". Ionizirani plin ili plazma miješa se s gušćom, neutralnom atmosferom.
Koncentracija iona u ionosferi varira s količinom sunčevog zračenja koja pada na Zemlju. Ionosfera tijekom dana postaje gusta sa nabijenim česticama, ali ta gustoća pada noću jer se nabijene čestice rekombiniraju s pomaknutim elektronima. Čitavi slojevi ionosfere pojavljuju se i nestaju tijekom ovog dnevnog ciklusa, prema NASA-i. Sunčevo zračenje također fluktuira tijekom razdoblja od 11 godina, što znači da sunce može ugasiti više ili manje zračenja, ovisno o godini.
Eksplozivni sunčevi zraci i naleti sunčevog vjetra uzbuđuju iznenadne promjene u ionosferi, udružujući se s vjetrovima visoke visine i teškim vremenskim sustavima koji na Zemlji padaju ispod.
Osvijetlite nebo
Spaljiva vruća površina sunca izbacuje struje jako nabijenih čestica, a ove struje su poznate i kao sunčev vjetar. Prema NASA-inom svemirskom centru za svemirske letove Marshall, solarni vjetar leti kroz svemir brzinom od 40 km u sekundi. Dosegavši Zemljino magnetsko polje i ionosferu ispod, solarni su vjetrovi pokrenuli šarenu kemijsku reakciju na noćnom nebu zvanu aurora.
Kad sunčani vjetrovi prelaze preko Zemlje, planet ostaje zaštićen iza svog magnetskog polja, poznatog i kao magnetosfera. Nastala udaranjem rastaljenog željeza u Zemljinoj jezgri, magnetosfera šalje sunčevo zračenje u bilo koji pol. Tamo se nabijene čestice sudaraju s kemikalijama koje se vrtlog u ionosferi stvarajući očaravajuće aurore.
Znanstvenici su otkrili da sunčevo magnetsko polje ljušti Zemljinu slabiju, pomičući aurore prema noćnoj strani planete, kako izvještava Popular Mechanics.
U blizini arktičkog i antarktičkog kruga, aurori se vrte po nebu svake noći, prenosi National Geographic. Šarene svjetlosne zavjese, poznate kao aurora borealis i aurora australis, vise oko 620 milja (1.000 km) iznad Zemljine površine. Aurori svijetle zeleno-žuto kad ioni udaraju u čestice kisika u donjoj ionosferi. Crvenkasto svjetlo često zalazi uz rubove aure, a purpuri i plavice pojavljuju se i na noćnom nebu, iako se to događa rijetko.
"Uzrok aurore je donekle poznat, ali nije u potpunosti riješen", rekao je Toshi Nishimura, geofizičar sa sveučilišta u Bostonu. "Na primjer, ono što uzrokuje određenu vrstu boje aurore, poput ljubičaste, još uvijek je misterija."
Tko je Steve?
Pored aurore, ionosfera također igra i druge dojmljive svjetlosne emisije.
Godine 2016. građanski znanstvenici uočili su posebno privlačne pojave, što su se znanstvenici trudili objasniti, objavila je ranije sestrinska stranica Live Science Space.com. Svijetle rijeke bijele i ružičaste svjetlosti tekle su nad Kanadom, koja je udaljenija na jugu nego što se čini većina aurora. Povremeno se mješavini pridružile crtice zelene boje. Tajanstvena svjetla nazvana su Steveom u znak poštovanja prema animiranom filmu "Preko živice", a kasnije su preimenovana u "Snažno povećanje brzine toplinskih emisija" - još uvijek ukratko STEVE.
"Proučavali smo auroru stotinama godina, a nismo mogli, i još uvijek ne možemo objasniti što je Steve", rekao je Gareth Perry, svemirski znanstvenik sa Tehnološkog instituta u New Jerseyju. "Zanimljivo je jer se njegove emisije i svojstva razlikuju od bilo čega drugoga što, barem uz optiku, promatramo u ionosferi."
Prema istraživanju iz 2019. u časopisu Geophysical Research Letters, zelene pruge unutar STEVE-a mogu se razviti slično kao i tradicionalni oblik aurore, dok nabijene čestice padaju na atmosferu. U STEVE, međutim, čini se da svjetlost rijeke svijetli kad se čestice unutar ionosfere sudaraju i stvaraju toplinu među sobom.
Komunikacija i navigacija
Iako reakcije u ionosferi obojavaju nebo sjajnim nijansama, oni također mogu poremetiti radio signale, ometati navigacijske sustave i ponekad uzrokovati široke nestanke struje.
Ionosfera odražava radio odašiljaje ispod 10 megaherca, omogućujući vojsci, zrakoplovnim kompanijama i znanstvenicima da povezuju radarske i komunikacijske sustave na velikim daljinama. Ovi sustavi najbolje djeluju kada je ionosfera glatka, poput zrcala, ali mogu ih poremetiti nepravilnosti u plazmi. GPS prijenosi prolaze kroz ionosferu i stoga nose iste ranjivosti.
"Za vrijeme velikih geomagnetskih oluja ili vremenskih vremenskih prilika, struje mogu izazvati druge struje u zemlji, električne mreže, cjevovode itd. I pustošiti", rekao je Perry. Jedna takva solarna oluja uzrokovala je slavni nestanak Quebeca iz 1989. "Trideset godina kasnije, naši su električni sustavi još uvijek podložni takvim događajima."
Znanstvenici proučavaju ionosferu pomoću radara, kamera, satelitskih instrumenata i računalnih modela kako bi bolje razumjeli fizičku i kemijsku dinamiku regije. Oružani ovim znanjem nadaju se boljem predviđanju poremećaja u ionosferi i sprječavanju problema koji mogu nastati na tlu ispod.
