The ogromne eksplozje, które uderzyły w megarakietę Starship t zniszczony przez SpaceX w zeszłym roku pozostawił także jedną z największych „dziur” kiedykolwiek odkrytych w jonosferze, cienką warstwę powietrza w górnych warstwach atmosfery. Wyniki badań wykazały, że dziura rozciągała się na tysiące kilometrów i trwała prawie godzinę 1.

Jurij Jasiukiewicz, współautor badania i fizyk atmosfery w Instytucie Fizyki Ziemi i Słońca w Irkucku w Rosji, mówi, że skala zakłócenia zaskoczyła jego zespół: „Oznacza to, że nie rozumiemy procesów zachodzących w atmosferze”. Dodaje, że takie zjawiska mają konsekwencje na przyszłość pojazdy autonomiczne mogą wymagać precyzyjnej nawigacji satelitarnej. Wyniki ogłoszono 26 sierpniaListy z badań geofizycznychopublikowany.

Rekordowa rakieta

18 listopada ubiegłego roku SpaceX wystrzeliła rakietę Starship – największą i najpotężniejszą rakietę, jaką kiedykolwiek zbudowano – z miejsca startu w Boca Chica w Teksasie. Pierwszy stopień statku Starship ma bezpiecznie powrócić na powierzchnię i zostać ponownie użyty, ale eksplodował wkrótce po oddzieleniu się od górnego stopnia, około 90 kilometrów (55 mil) nad Zatoką Meksykańską. Kilka minut później mechanizm samozniszczenia na górnym stopniu wywołał drugą eksplozję na wysokości około 150 kilometrów.

Yasyukevich i jego współpracownicy byli ciekawi, jak takie masywne eksplozje mogą wpłynąć na jonosferę – warstwę atmosfery rozciągającą się na wysokość od około 50 do 1000 kilometrów nad poziomem morza, gdzie promieniowanie słoneczne może pozbawić elektrony niektórych cząsteczek powietrza. W rezultacie niewielki procent masy jonosfery składa się z elektronów i dodatnio naładowanych jonów, podczas gdy reszta cząsteczek powietrza pozostaje obojętna. Dokładny stosunek cząsteczek zjonizowanych do cząsteczek obojętnych różni się w zależności od takich czynników, jak wysokość i szerokość geograficzna.

Stosunek ten wpływa na prędkość, z jaką fale radiowe emitowane przez globalne satelity nawigacyjne rozchodzą się w jonosferze. Zmiany proporcji mają różny wpływ na różnych częstotliwościach radiowych. Umożliwia to badaczom pomiar szybkości jonizacji w czasie rzeczywistym poprzez porównanie prędkości fal radiowych na dwóch różnych częstotliwościach, wyjaśnia Yasyukevich.

Dane te były wykorzystywane od dziesięcioleci do pokazania, jak wyglądają wydarzenia trzęsienie ziemi podziemne testy broni jądrowej wpływają na jonosferę. Te naturalne i spowodowane przez człowieka zakłócenia mogą tymczasowo zneutralizować skutki promieniowania słonecznego poprzez rekombinację elektronów i jonów w obojętne cząsteczki.

Neutralizacja powietrza

Zespół zbadał publicznie dostępne dane z ponad 2500 stacji naziemnych w Ameryce Północnej i na Karaibach, które odbierają sygnały nawigacji satelitarnej. Odkryli, że eksplozje statku kosmicznego wytworzyły fale uderzeniowe przemieszczające się szybciej niż prędkość dźwięku, zamieniając jonosferę w neutralną atmosferę – „dziurę” – na prawie godzinę w regionie od półwyspu Jukatan w Meksyku po południowo-wschodnie Stany Zjednoczone. Spaliny rakietowe mogą wywołać reakcje chemiczne, które tworzą tymczasowe dziury w jonosferze nawet w przypadku braku eksplozji, ale w tym przypadku same fale uderzeniowe miały zdecydowanie większy wpływ, wyjaśnia Jasiukewicz.

„Byłem pod wrażeniem tego studium przypadku” – mówi Kosuke Heki, geofizyk z Uniwersytetu Hokkaido w Sapporo w Japonii, który był otwartym recenzentem artykułu. Uważa jednak, że główną przyczyną dziury były skutki chemiczne wielkiego pożaru.

Dziura nie była tak duża jak ta przechodząca przez nią Erupcja wulkanu na Tonga na początku 2022 r spowodowane, mówi Heki, ale przekroczyło to spowodowane przez historyczne uderzenie meteorytu w pobliżu Czelabińska w Rosji, miało miejsce w 2013 r. – najwięcej od stulecia.

Zaburzenia jonosferyczne mogą mieć wpływ nie tylko na nawigację satelitarną, ale także na komunikację Radioastronomia oddziaływać. Wraz ze wzrostem częstotliwości startów efekty te mogą stać się większym problemem.