Исследователи собрали изображения эхо-сигналов, или структур, содержащих плазменную турбулентность в тонкой ионосферной плазме на высоте около 110 километров (68 миль) над поверхностью Земли. Каждое изображение было сделано под прямым углом к небу, и яркий белый свет в верхней части некоторых кадров исходит от Луны. Фото: Магнус Иварсен/TREx RGB
Ночью заряженные частицы, исходящие от Солнца и попадающие в магнитосферу Земли, падают в атмосферу. Попадая в атмосферу, частицы выбивают электроны из атомов, создавая одновременно красоту и хаос. Эти высокоэнергетические взаимодействия вызывают северное и южное сияние, но они также рассеивают радиосигналы, нарушая наземную и спутниковую связь.
Ученые хотели бы отслеживать электрическую активность в ионосфере, измеряя распределение плазмы — формы материи, в которую она превращается, когда положительные ионы отделяются от своих электронов, — чтобы лучше прогнозировать, как электромагнитная энергия повлияет на связь.
Но анализ плазмы в ионосфере — непростая задача, поскольку её распределение быстро меняется, а движения часто непредсказуемы. Кроме того, физика столкновений чрезвычайно затрудняет обнаружение истинного движения в нижней части ионосферы.
Используя набор данных, полученных с помощью радарной системы под названием ICEBEAR (ионосферный непрерывный волновой бистатический экспериментальный авроральный радар), Магнус Иварсен и его коллеги применили новый алгоритм, который может обнаруживать скопления отражённых от ионосферы радиоволн, указывающие на плазменные структуры размером до метра в поперечнике, и отслеживать их движение в ионосфере. По движению этих структур исследователи могут судить о свойствах электрического поля, вызывающего их движение.
Исследователи протестировали свою систему, используя данные за те дни, когда ионосферную активность было трудно проанализировать с помощью традиционных методов. Результаты совпали с результатами одновременных измерений со спутников на низкой околоземной орбите, которые в настоящее время являются одним из немногих способов изучения этих высокоэнергетических взаимодействий. Исследование опубликовано в Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Исследователи пришли к выводу, что сочетание данных высокого разрешения, полученных с помощью ICEBEAR, с новым алгоритмом позволяет отслеживать движение всплесков электрического поля. Однако они отмечают, что некоторые из этих всплесков могут быть слишком быстрыми или локализованными, чтобы алгоритм мог их обработать, поэтому дальнейшее совершенствование метода для более точного определения закономерностей является естественным следующим шагом.
Полученные результаты могут помочь учёным предсказать, когда и как будет нарушаться связь. В сочетании с методами компьютерного зрения они также могут помочь учёным разработать методы связи, устойчивые к электромагнитной активности в космосе.
