Wissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass die Erdatmosphäre jeden Tag mehrere hundert Tonnen Sauerstoff verliert. Sie verstehen, wie dieser Sauerstoffverlust auf der Nachtseite der Erde passiert, sind sich aber nicht sicher, wie er auf der Tagesseite passiert. Sie wissen jedoch eines; Sie passieren während Auroren.
Laut einer Pressemitteilung des Earth Observatory der NASA sind keine zwei Sauerstoffabflussereignisse genau gleich, was das Verständnis dieser Ereignisse zu einer Herausforderung macht. Sie nennen die Ereignisse „Gasbrunnen“, die während der Auroralaktivität der Erde entkommen, und das Erdbeobachtungszentrum hat eine Mission, die sich dem Verständnis dieser Ereignisse widmet.
Die Mission ist Teil des Earth Observatory-Programms der NASA mit dem Namen VISIONS-2 (Visualisierung des Ionenabflusses über Neutral Atom Sensing-2) und erfordert bestimmte Bedingungen. Es spielt aus gutem Grund in Ny Alesund, Spitzbergen, Norwegen. Es ist die nördlichste ganzjährige zivile Siedlung der Welt. Es hat das ganze Jahr über einen eisfreien Hafen und eine moderne Raketenstartanlage. In der Winternacht gibt es hier auch keine Sonne, die das Studium der Auroren beeinträchtigen könnte.
Aber es gibt noch etwas anderes, das dies zum perfekten Rahmen für die VISIONS-2-Mission macht. Jeden Morgen passiert Ny Alesund eine Schwachstelle in der Erdmagnetblase. Die Schwachstelle ist wie ein Trichter, der den heftigen Sonnenwind in unsere obere Atmosphäre leitet. Das verursacht aurorale Erscheinungen und kocht die Gase unserer Atmosphäre in das Vakuum des Weltraums in einem auroralen Brunnen.
Kürzlich haben Forscher mit VISIONS-2 zwei Raketen gestartet, um den Sauerstoffverlust während der Auroren zu untersuchen. Sounding Rockets sind kleine, zielgerichtete Raketen, die schnell abgefeuert werden können. In diesem Fall wurden die beiden Raketen mit Kameras und anderen Instrumenten beladen und für den Start vorbereitet.
Das Startteam muss sehr geduldig sein. Aber natürlich haben sie Technologie auf ihrer Seite. Sie müssen nicht warten, bis sie die Aurora sehen, sondern haben dank des Satelliten DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) eine Aurora im Voraus bemerkt.
DSCOVR ist das Sonnenwindobservatorium der NOAA. Es befindet sich am LaGrange-Punkt zwischen Erde und Sonne und teilt dem VISIONS-2-Team mit, wann der Sonnenwind stark genug und richtig ausgerichtet ist, um Auroren zu verursachen. Bestenfalls erhält das Team etwa eine Stunde Warnung.
Auch bei Vorwarnung ist das Team vorsichtig. Wenn sich herausstellt, dass der Sonnenwind zu schwach ist, haben sie den Start verschwendet. Wenn die terrestrischen Windverhältnisse in der Erdatmosphäre zu stark sind, ist dies ebenfalls ein Problem. Die Raketen sind ungelenkt, daher müssen sie vor dem Start ausgerichtet werden, um Winde zu berücksichtigen. Glücklicherweise verfügt das Team über ein weiteres Werkzeug: Wetterballons werden nach Bedarf alle 30 Minuten gestartet, um den Wind zu testen.
"Wir hatten eine unglaubliche Erfahrung beim Bau dieser sehr komplexen und leistungsfähigen Nutzlasten ..." - Doug Rowland, Hauptforscher des Goddard Space Flight Center der NASA.
Die Raketen wurden in Ny-Ålesund, Spitzbergen (Norwegen), inszeniert, und die Forscher warteten auf eine Aurora, bevor sie das Paar starteten. Am 7. Dezember 2018 starteten die Forscher die beiden Raketen während einer Aurora. Das Foto unten zeigt eine Langzeitbelichtung der Raketen, die beide Starts erfasst, obwohl sie einige Minuten voneinander entfernt waren.
Die Mission verwendete ein Paar Raketen, damit sie jeweils eine Mischung aus verschiedenen Instrumenten verwenden konnten. Einige Instrumente benötigten eine Drehplattform, andere nicht. Ein Raketenpaar, das ein paar Minuten dazwischen abgefeuert wurde, ermöglichte es ähnlichen Instrumenten, im Laufe der Zeit Messungen durchzuführen. Das obige Bild zeigt die Zündungen und Ausbrennungen der beiden Raketen im ersten Stadium, als sie auf ihre Mission geschickt wurden, den Sauerstoffverlust in der Erdatmosphäre zu untersuchen.
"Wir hatten eine unglaubliche Erfahrung beim Bau dieser sehr komplexen und leistungsfähigen Nutzlasten, bei der Integration und beim Testen in Wallops und beim anschließenden Einsatz", sagte Doug Rowland, Hauptforscher für die Mission und Weltraumphysiker im Goddard Space Flight Center der NASA. "Der Start war ein sehr emotionaler Moment, umso mehr, als wir sahen, dass alle Instrumente eine gute Leistung erbracht hatten und die wissenschaftlichen Bedingungen gut waren."
Nach dem Start hat die Rakete zehn Minuten Zeit, um ihre Arbeit im atmosphärischen Brunnen zu erledigen. Neutrale Atom-Imaging-Kameras erstellen ein Bild des Brunnens von innen und außen. Die Auroralkamera dokumentiert die Aurora selbst, ihre Temperatur, Intensität und Höhe. Wenn alles gut geht, wird das Forschungsteam mit einer „Mauer der Wissenschaft“ belohnt.
Der Start am 7. Dezember scheint erfolgreich gewesen zu sein. Ein früher Blick auf die Daten zeigt, dass die Instrumente ordnungsgemäß funktionierten und die beabsichtigten Daten zurückgaben. "Ich glaube, wir haben den" atmosphärischen Brunnen "gesehen", sagte Rowland. Die Daten müssen noch analysiert und skaliert werden, "aber wir haben möglicherweise Beweise dafür aus verschiedenen Perspektiven."
Die Erde ist offensichtlich ein dynamischer, lebendiger und aktiver Planet. Hier ist viel los. Das VISIONS-2-Projekt soll uns nicht nur helfen, unseren eigenen Planeten besser zu verstehen, sondern auch andere Planeten. Welche Planeten sind bewohnbar? Warum sind manche so trostlos? Wie hat ein Planet wie der Mars, der einst eine Atmosphäre hatte, diese verloren?
Die Erdatmosphäre wird nicht so schnell verschwunden sein. Jedenfalls erst, wenn die Sonne in etwa 5 Milliarden Jahren rot wird. Zu diesem fernen Zeitpunkt wird die expandierende Sonne unsere Atmosphäre wie nichts wegkochen. Dann sind wir fertig.
Die Menge an Sauerstoff (und Wasserstoff), die während dieser Auroren aus der Erdatmosphäre verloren geht, ist winzig. Mehrere hundert Tonnen pro Tag klingen vielleicht viel, sind es aber nicht. In jedem Fall hilft die Photosynthese, den Sauerstoff wiederherzustellen. Es ist immer noch ein wichtiger Teil des Puzzles, um zu verstehen, wie die Dinge funktionieren und welche Details in der Beziehung zwischen der Erde und ihrem Stern liegen.
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