Gli scienziati giapponesi hanno creato il primo set di dati a lungo termine sull’intera atmosfera terrestre, estendendosi fino allo spazio.
Sperano che il progetto possa aiutare a far luce su alcuni processi poco esplorati che hanno luogo all’interno del mantello gassoso del nostro pianeta, compreso il magnifico aurora boreale.
Alcune parti di L’atmosfera terrestre vengono studiati continuamente con incredibile dettaglio. Ad esempio, milioni di stazioni meteorologiche in tutto il mondo, centinaia di palloni meteorologici e innumerevoli aeroplani forniscono misurazioni quotidiane dell’intera troposfera, la regione più bassa dell’atmosfera. I palloncini raggiungono anche la parte inferiore della stratosfera, lo strato sopra la troposfera. La quantità di dati generati da queste misurazioni è così elevata da rendere i moderni modelli meteorologici computazionali quasi infallibili.
Guardando un po’ più in alto, però, la storia è completamente diversa. La mesosfera, lo strato di aria sparsa sopra la stratosfera che arriva quasi a il confine dello spazioè un completo sconosciuto. Si sa così poco dei processi nella mesosfera che la regione viene talvolta chiamata “ignorosfera”. Questo vuoto nella nostra conoscenza è il risultato dell’irraggiungibilità dell’ignorosfera: è troppo alto per i palloni stratosferici e generalmente troppo basso per gli strumenti sui satelliti in orbita terrestre bassa esplorare.
Imparentato: La missione pianificata della NASA nell’ignorosfera potrebbe migliorare le previsioni meteorologiche spaziali
Un team di ricercatori dell’Università di Tokyo ha tentato di risolvere il problema utilizzando la modellazione computerizzata. Hanno preso le rare misurazioni disponibili dei parametri meteorologici nell’ignorosfera, ottenute mediante sondaggio razzi e strumenti radar e lidar basati sulla Terra – e li hanno inseriti in un nuovo sistema di assimilazione dei dati che avevano sviluppato in precedenza. L’assimilazione dei dati è una tecnica che combina la modellazione con le osservazioni dirette per prevedere l’evoluzione di un sistema. Il sistema è stato quindi incaricato di ricostruire ciò che potrebbe accadere nella mesosfera per riempire gli spazi vuoti.
I ricercatori giapponesi hanno utilizzato il modello per generare dati di 19 anni che comprendono l’evoluzione dell’intera atmosfera fino a un’altitudine di 110 chilometri (68,4 miglia). Hanno poi utilizzato ulteriori misurazioni dei venti mesosferici ottenute da radar terrestri per verificare alcuni parametri del modello e acquisire fiducia nei suoi risultati.
Il set di dati copre il periodo tra settembre 2004 e dicembre 2023 e consentirà ai ricercatori di esplorare e modellare alcuni dei misteriosi fenomeni che si verificano ad altitudini più elevate, tra cui l’affascinante aurora boreale e la sua controparte agli antipodi, l’aurora australis.
“Per la troposfera e la stratosfera, abbiamo molti dati e la modellizzazione numerica per questa regione è quasi perfetta”, ha detto a Space.com Kaoru Sato, professore di fisica atmosferica all’Università di Tokyo e ricercatore capo del progetto. “Nella regione di cui sopra, i modelli non funzionano così bene perché non dispongono di dati accurati sulle condizioni iniziali. Il nostro set di dati può fornirlo.”
L’ignorosfera è la regione atmosferica a cui si riferiscono molti effetti meteorologia spaziale verificarsi. Quando esplodono particelle cariche da il sole colpiscono il nostro pianeta, si mescolano con i gas sottili sopra la Terra, eccitando le molecole dell’aria. Mentre ciò accade, le molecole emettono l’affascinante bagliore che possiamo osservare sulla Terra come le aurore. Ma ci sono altri effetti, meno visibili, che la meteorologia spaziale ha sull’atmosfera.
“Le particelle solari ad alta energia possono cambiare la chimica dell’ozono e disturbare il… strato di ozono“, ha detto Sato. “Sappiamo anche che il fenomeno dell’aurora può creare quelle che chiamiamo onde gravitazionali, che poi si propagano verso il basso nell’atmosfera.”
Le onde gravitazionali (da non confondere con le onde gravitazionali prodotti dalle collisioni dei buchi neri, tra gli altri incontri drammatici) sono vortici che si verificano in tutta l’atmosfera. Trasportano energia in tutto il mondo, influenzando così i modelli climatici. Finora, tuttavia, i modellisti climatici non sono stati in grado di comprendere gli effetti delle onde gravitazionali che si verificano ad altitudini più elevate.
“Il nostro set di dati fornisce le condizioni iniziali in altissima risoluzione per il modello generale di circolazione dell’atmosfera”, ha affermato Sato. “Ci permette quindi di simulare le onde gravitazionali nell’intera atmosfera, dalla superficie fino ai confini dello spazio.”
Imparentato: Atmosfera terrestre: fatti sulla coltre protettiva del nostro pianeta
I dati aiuteranno anche i ricercatori a modellare meglio il modo in cui i processi nella bassa atmosfera influenzano la ionosfera, la parte dell’atmosfera al di sopra di altitudini di 50 miglia (80 km), dove le particelle gassose sono costantemente ionizzate dall’atmosfera. vento solare. Sato ha affermato che le onde atmosferiche, comprese le onde gravitazionali e le onde di marea su scala globale, influenzano la dinamo ionosferica, un processo che genera una corrente elettrica attorno al pianeta attraverso l’interazione tra le linee del campo magnetico terrestre e i movimenti dell’aria ionizzata della ionosfera.
Ci sono altri misteri che i ricercatori sperano che i loro dati possano aiutare a svelare, ad esempio lo strano fenomeno noto come accoppiamento interemisferico, osservato per la prima volta alla fine degli anni 2000. L’accoppiamento interemisferico è una presunta connessione tra la mesosfera antartica e la stratosfera artica, in cui rare nuvole d’alta quota appaiono e scompaiono regolarmente nello stesso momento, di solito nel mese di gennaio, ha detto Sato.
“Se vogliamo comprendere i meccanismi alla base di questo accoppiamento interemisferico, abbiamo bisogno di dati”, ha affermato Sato. “Il nostro set di dati può fornire informazioni molto preziose per affrontare questo accoppiamento.”
Una carta la descrizione del lavoro svolto dal team giapponese è stata pubblicata sulla rivista Progress in Earth and Planetary Science il 10 gennaio.
