NASA lanceert sondeerraketten in de schaduw van de maan tijdens een zonsverduistering

NASA zal tijdens een totale zonsverduistering op 8 april 2024 drie akoestische raketten lanceren om te bestuderen hoe de bovenste atmosfeer van de aarde wordt beïnvloed wanneer het zonlicht tijdelijk over een deel van de planeet dimt.

Atmosferische verstoringen rond het Eclipse Path (APEP)-sonderaketten zullen worden gelanceerd vanuit NASA's Wallops Flight Facility in Virginia om ionosferische verstoringen te bestuderen die optreden wanneer de maan de zon blokkeert. De sondeerraketten waren eerder gelanceerd en met succes geborgen vanuit de White Sands Test Facility in New Mexico, tijdens de ringvormige zonsverduistering van oktober 2023.

De missie is gerenoveerd met nieuwe hardware en zal in april 2024 opnieuw worden gelanceerd. De missie wordt geleid door Aroh Barjatya, hoogleraar technische natuurkunde aan de Embry-Riddle Aeronautical University in Florida, waar hij leiding geeft aan het Space and Atmospheric Instrumentation Laboratory.

De sonderingsraketten worden op drie verschillende tijdstippen gelanceerd: 45 minuten vóór, tijdens en 45 minuten na de piek van de plaatselijke zonsverduistering. Deze tijdsintervallen zijn belangrijk voor het verzamelen van gegevens over de manier waarop de plotselinge verdwijning van de zon de ionosfeer beïnvloedt, waardoor verstoringen ontstaan ​​die onze communicatie zouden kunnen verstoren.

De ionosfeer is een gebied in de atmosfeer van de aarde dat zich 90 tot 500 km boven het aardoppervlak bevindt. “Het is een geëlektrificeerd gebied dat radiosignalen reflecteert en breekt en ook de satellietcommunicatie beïnvloedt terwijl de signalen passeren”, zei Barjatya. “Het begrijpen van de ionosfeer en het ontwikkelen van modellen om ons te helpen verstoringen te voorspellen, zijn van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat onze steeds meer van communicatie afhankelijke wereld soepel verloopt.”

De ionosfeer vormt de grens tussen de lagere atmosfeer van de aarde – waar we leven en ademen – en het vacuüm van de ruimte. Het bestaat uit een zee van moleculen die geïoniseerd of elektrisch geladen worden door de energie van de zon of zonnestraling.

Wanneer de nacht valt, wordt de ionosfeer dunner omdat eerder geïoniseerde deeltjes ontspannen en recombineren om neutrale deeltjes te vormen. Het weer op aarde en het ruimteweer kunnen deze deeltjes echter beïnvloeden, waardoor het een dynamisch gebied wordt en het moeilijk is om te weten hoe de ionosfeer er op een bepaald moment uit zal zien.

Het is vaak moeilijk om kortetermijnveranderingen in de ionosfeer tijdens een zonsverduistering met behulp van satellieten te bestuderen, omdat deze zich mogelijk niet op de juiste plaats of tijd bevinden om het pad van de zonsverduistering te kruisen. Omdat de exacte datum en tijden van een totale zonsverduistering bekend zijn, kan NASA gerichte sonderingsraketten lanceren om de effecten van de zonsverduistering op het juiste moment en op alle hoogten van de ionosfeer te bestuderen.

Terwijl de eclipticale schaduw door de atmosfeer versnelt, ontstaat er een snelle lokale zonsondergang die grootschalige atmosferische golven en kleinschalige turbulentie of turbulentie veroorzaakt. Deze storingen beïnvloeden verschillende radiocommunicatiefrequenties. Het verzamelen van gegevens over deze verstoringen zal wetenschappers helpen bestaande modellen te valideren en te verbeteren, waardoor potentiële verstoringen van onze communicatie, met name hoogfrequente communicatie, kunnen worden voorspeld.

Er wordt verwacht dat APEP-raketten een maximale hoogte van 420 kilometer zullen bereiken. Elke raket meet de dichtheid van geladen en neutrale deeltjes en de omringende elektrische en magnetische velden. “Elke raket zal vier secundaire instrumenten uitwerpen ter grootte van een frisdrankfles van twee liter, die ook dezelfde datapunten meten, dus het is vergelijkbaar met de resultaten van vijftien raketten terwijl er slechts drie worden gelanceerd”, legt Barjatya uit. Embry-Riddle bouwde drie secundaire instrumenten op elke raket, en het vierde instrument werd gebouwd op het Dartmouth College in New Hampshire.

Naast de raketten zullen verschillende teams in de Verenigde Staten ook op verschillende manieren metingen van de ionosfeer uitvoeren. Een team studenten van Embry-Riddle zal een reeks ballonnen op grote hoogte inzetten. Deelnemende onderzoekers van MIT's Haystack Observatory in Massachusetts en het Air Force Research Laboratory in New Mexico zullen een verscheidenheid aan grondradars gebruiken om de metingen uit te voeren.

Met behulp van deze gegevens verbetert een team van wetenschappers van Embry-Riddle en het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory bestaande modellen. Samen zullen deze diverse onderzoeken helpen bij het verschaffen van de puzzelstukjes die nodig zijn om het grotere plaatje van de ionosferische dynamiek te zien.

Toen APEP-raketten werden gelanceerd tijdens de ringvormige zonsverduistering van 2023, zagen wetenschappers een scherpe daling in de dichtheid van geladen deeltjes toen de schaduw van de ringvormige zonsverduistering over de atmosfeer trok.

“We zagen verstoringen die de radiocommunicatie konden beïnvloeden in de tweede en derde raket, maar niet tijdens de eerste raket, die vóór de piek van de lokale zonsverduistering was”, zei Barjatya. “We zijn erg enthousiast om het opnieuw te lanceren tijdens de totale zonsverduistering om te zien of de verstoringen op dezelfde hoogte beginnen en of hun omvang en omvang hetzelfde blijven.”

De volgende totale zonsverduistering boven de aangrenzende Verenigde Staten zal pas in 2044 plaatsvinden, dus deze experimenten vormen een zeldzame kans voor wetenschappers om belangrijke gegevens te verzamelen.