Forskere har visst en stund at jordens atmosfære mister flere hundre tonn oksygen hver dag. De forstår hvordan dette oksygen tapet skjer på jordas natt side, men de er ikke sikre på hvordan det skjer på dagssiden. De vet imidlertid en ting; de skjer under auroras.
I følge en pressemelding fra NASAs Earth Observatory er ingen to oksygenutstrømningshendelser nøyaktig de samme, noe som gjør forståelsen av dem en utfordring. De kaller hendelsene ‘fontener av gass’ som slipper unna jorden under uroaktivitet, og Earth Observatory har et oppdrag dedikert til å forstå dem.
Oppdraget er en del av NASAs Earth Observatory-program kalt VISIONS-2 (Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2), og det krever visse forhold. Det ligger i Ny Ålesund, Svalbard, med god grunn. Det er den nordligste sivile bosettingen hele året. Den har en isfri havn året rundt, og et moderne rakettoppskytningsanlegg. Det er heller ingen sol i vinternatten her for å blande seg inn i å studere auroras.
Men det er noe annet som gjør dette til den perfekte rammen for VISIONS-2-oppdraget. Hver morgen passerer Ny Ålesund under et svakt punkt i jordas magnetiske boble. Det svake punktet er som en trakt som kanaliserer den voldsomme solvinden inn i vår øvre atmosfære. Det forårsaker auroral skjermer, og koker gassene i atmosfæren vår ut i vakuumet av rommet i en urbane fontene.
Nylig lanserte forskere med VISIONS-2 to klingende raketter for å undersøke oksygen tap under auroras. Klingende raketter er små målrettede raketter som kan skytes raskt. I dette tilfellet var de to rakettene lastet med kameraer og andre instrumenter, og forberedt på lansering.
Lanseringsteamet må være veldig tålmodig. Men selvfølgelig har de teknologi på sin side. De trenger ikke å vente til de ser auroraen, de har avansert varsel om en aurora takket være DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) satellitt.
DSCOVR er NOAAs solvindobservatorium. Den sitter ute på LaGrange-punktet mellom Jorden og solen og forteller VISIONS-2-teamet når solvinden er kraftig nok og orientert den rette måten å forårsake auroras. I beste fall får teamet omtrent en times advarsel.
Selv med avansert advarsel er teamet forsiktig. Hvis solvinden viser seg å være for svak, vil de ha kastet bort lanseringen. Hvis bakkevindforholdene i jordens atmosfære er for sterke, er det også et problem. Rakettene er uledede, så de må orienteres før de startes for å gjøre rede for vind. Heldigvis har teamet et annet verktøy til rådighet, værballonger som lanseres hvert 30. minutt, etter behov, for å teste vinden.
"Vi hadde en så fantastisk opplevelse å bygge disse veldig komplekse og dyktige nyttelastene ..." - Doug Rowland, hovedetterforsker, NASAs Goddard Space Flight Center.
Rakettene ble iscenesatt i Ny-Ålesund, Svalbard (Norge), og forskerne ventet på en aurora før de satte i gang paret. 7. desember 2018 lanserte forskerne de to rakettene under en aurora. Bildet nedenfor er en lang eksponering av rakettene, som fanger begge oppskytningene selv om de skjedde med et par minutters mellomrom.
Oppdraget brukte et par raketter slik at de kunne bruke en blanding av forskjellige instrumenter i hver. Noen instrumenter krevde en spinningsplattform og andre gjorde det ikke. Et par raketter som ble skutt ut med et par minutter mellom dem tillot også lignende instrumenter å ta avlesninger over tid. Bildet over viser de første stadiets antennelser og utbrenthet av de to rakettene, da de ble sendt på oppdrag for å studere oksygentap i jordens atmosfære.
"Vi hadde en så fantastisk opplevelse av å bygge disse veldig komplekse og dyktige nyttelastene, integrere og teste dem på Wallops og deretter bringe dem til feltet," sa Doug Rowland, hovedetterforsker for oppdraget og romfysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center. "Lanseringen var et veldig emosjonelt øyeblikk, enda mer når vi så at alle instrumentene hadde prestert bra og vitenskapelige forhold var gode."
Etter lanseringen er det ti minutter før raketten gjør sitt arbeid i den atmosfæriske fontenen. Nøytrale atomafbildningskameraer bygger et bilde av fontenen innenfra og uten. Urekameraet dokumenterer selve auroraen, dens temperatur, intensitet og høyde. Hvis alt går bra, blir forskerteamet belønnet med en 'mur av vitenskap'.
Lanseringen av 7. desember ser ut til å ha vært vellykket. En tidlig titt på dataene viser at instrumentene fungerte som de skal og returnerte de tiltenkte dataene. "Jeg tror vi så den" atmosfæriske fontenen, "sa Rowland. Dataene må fortsatt analyseres og skaleres, "men vi kan ha bevis på det fra flere perspektiver."
Jorden er åpenbart en dynamisk, levende, aktiv planet. Det skjer mye her. VISIONS-2-prosjektet er designet ikke bare for å hjelpe oss å forstå vår egen planet bedre, men også andre planeter. Hvilke planeter er beboelige? Hvorfor er noen så øde? Hvordan mistet en planet som Mars, som en gang hadde en atmosfære, den?
Jordens atmosfære blir ikke borte snart. Ikke før solen blir rød kjempe på omtrent 5 milliarder år, uansett. På det fjerne tidspunktet vil den ekspanderende solen koke atmosfæren vekk som ingenting. Så er vi ferdige.
Mengden oksygen (og hydrogen) som går tapt fra jordens atmosfære i løpet av disse auroraene er liten. Flere hundre tonn hver dag kan høres ut som mye, men det er det ikke. I alle fall hjelper fotosyntesen med å gjenopprette oksygen. Det er fremdeles en viktig del av puslespillet for å forstå hvordan ting fungerer, og hva detaljene er i forholdet mellom Jorden og stjernen.
- Pressemelding: Mot kartlegging av atmosfæreens flukt fra jorden
- Jordobservatorium Merknader fra feltet: Ambushing the Aurora
- DSCOVR: Deep Space Climate Observatory
- Cornell University Ask and Astronom: Hvor mange meteoritter treffer Jorden hvert år?
