Эксперимент AZURE

Фото © Yang Suite с сайта Astronomy Picture of the Day.

Эти яркие пятна внезапно вспыхнули в небе над северной Норвегией вечером 5 апреля 2019 года. Они меняли свои очертания на фоне северного сияния и наблюдались около получаса. Необычное шоу стало полной неожиданностью для местных жителей: полиция получила множество сообщений о загадочном свечении в небе, высказывались даже предположения о нашествии инопланетян.

На самом же деле это были облака из паров триметилалюминия и смеси бария со стронцием, люминесцирующие под воздействием солнечного света. Для природы и человека они не представляли никакой опасности. Такие смеси рассеиваются геофизическими ракетами в атмосфере для измерения скорости ветра.

Яркие пятна на фоне северного сияния. Фиолетовый цвет дают пары бария со стронцием, бело-голубой — пары триметилалюминия

Пары в небе над Норвегией, запечатленные на снимке, были рассеяны на высоте 115–250 км двумя ракетами BlackBrant XI (см. BlackBrant), запущенными с полигона на острове Аннёйа (см. Andøya Space) в ходе финансируемого НАСА эксперимента AZURE (Auroral Zone Upwelling Rocket Experiment, что примерно можно перевести как «Эксперимент по изучению вертикального переноса энергии в области полярных сияний с помощью ракет»).

НАСА регулярно использует пары триметилалюминия, бария и лития для изучения ветра в верхних слоях атмосферы. На этом фото запечатлены облака пара в небе над Маршалловыми островами во время эксперимента EVEX (Equatorial Vortex Experiment) 7 мая 2017 года. Красное облако образовано парами лития, бело-голубые — парами триметилалюминия. Фото с сайта nasa.gov

Целью эксперимента было исследование ветра в ионосфере. С его помощью ученые должны были получить новые сведения о процессах передачи энергии, происходящих внутри и вокруг полярных, или геомагнитных, каспов — областей, где линии напряженности магнитного поля Земли образуют своеобразные воронки, по которым частицы солнечного ветра проникают в ионосферу.

Магнитное поле Земли и полярные каспы (Солнце находится за левым краем рисунка). Фото с сайта nasa.gov

Взаимодействуя с земным магнитным полем, частицы солнечного ветра вызывают в районе геомагнитных каспов полярные сияния, которые сопровождаются выделением тепловой энергии (атмосфера нагревается электрическими токами, возникающими во время сияний). Часть этой энергии вместе с несущими ее частицами покидает атмосферу, рассеиваясь в космосе, а часть остается в ионосфере. Соответствующий баланс энергии зависит от скорости ветра (в первую очередь вертикальной) в районе полярных каспов, которая и измерялась в ходе исследования AZURE. Для этого несколько наземных станций наблюдали за движением пятен: фиксируя на снимках их расположение в определенные моменты времени, нетрудно было определить скорость, с которой пятна перемещались в пространстве. Дополнительно к этому датчики, расположенные на ракетах, измерили плотность и температуру атмосферы вдоль их траектории.

На этом видео хорошо заметно изменение конфигурации ярких пятен

Эксперимент AZURE является частью более крупного международного проекта Grand Challenge Initiative — Cusp, направленного на изучение процессов, происходящих внутри и около полярных каспов при взаимодействии солнечного ветра с атмосферой. Помимо Норвежского космического агентства (см. NOSA) и НАСА, в нем также приняли участие космические агентства Японии (JAXA), Канады (CSA) и Великобритании (UKSA). В рамках этого проекта в 2018–2021 годах было проведено девять экспериментов, одним из которых и стал AZURE. Результаты этих экспериментов помогли ученым лучше понять, как солнечная активность нарушает прохождение радиосигналов. Полученная информация позволит сделать более стабильной работу систем связи и спутниковой навигации в приполярных областях.