Forscher der University of Michigan werden eine zentrale Rolle in der bevorstehenden Geospace Dynamics Constellation-Mission der NASA spielen – ein einzigartiger Blick auf eine schützende äußere Schicht der Erdatmosphäre und wie sie mit dem Sonnenwetter interagiert.
Sonnenwetter stellt eine Bedrohung für die Erde dar, mit dem Potenzial, große Schäden an unseren Stromnetzen und Satelliten anzurichten. Die Geospace Dynamics Constellation Mission oder GDC der NASA umfasst drei wissenschaftliche Untersuchungen, die uns helfen werden, die Auswirkungen der Sonnenaktivität wie koronale Massenauswürfe, Sonnenwind und Fackeln vorherzusagen.
UM ist führend in der Sonnenphysikforschung und bietet verbesserte Vorhersagewerkzeuge für das Sonnenwetter und seine gesellschaftlichen und technologischen Auswirkungen. Die sechs Satelliten, aus denen GDC besteht, werden die ersten direkten globalen Messungen von zwei überlappenden Schichten unserer Atmosphäre liefern, die für unsere Verteidigung gegen Sonnenwetter von zentraler Bedeutung sind: die Ionosphäre und die Thermosphäre. In einem Höhenbereich von etwa 50 bis 400 Meilen über der Erdoberfläche stehen sie zwischen der unteren Atmosphäre und dem Weltraum, ein Puffer für die geladenen Teilchen des Sonnenwinds, Flares und koronale Massenauswürfe sowie Röntgen- und UV-Strahlung.
Zwei der wissenschaftlichen Instrumente der GDC umfassen UM-Forscher:
„CAPE liefert Messungen des Nord- und Südlichts oder der Aurora“, sagte Ridley. „Beide fügen unserer oberen Atmosphäre Energie hinzu, wodurch sie wie ein Ballon anschwillt und die Flugbahnen von Satelliten und der Internationalen Raumstation verändert.“
MoSAIC wird die atmosphärische Reaktion auf einfallende Polarlichtenergie durch Messung von Druck und Wind quantifizieren. Diese Daten werden es Satellitenbetreibern ermöglichen, Umlaufbahnen zu ändern, um Kollisionen zu vermeiden.
„Ich stelle mir CAPE gerne als das ‚Doppler-Radar‘ des Weltraumwetters vor“, sagte Gershman. „Im Laufe der GDC-Mission wird CAPE in der Lage sein, lokale, regionale und globale Weltraumwetterkarten von Elektronen- und Ionenregen zu erstellen. Diese Karten können verwendet werden, um große Veränderungen in der oberen Atmosphäre vorherzusagen, und können daher helfen, sie zu halten Satelliten im erdnahen Orbit sicher.“
Ridleys Beteiligung an mehreren Missionen gibt ihm eine einzigartige Perspektive auf das, was GDC zu erreichen versucht.
„Dies ist das erste Mal, dass die NASA so viele Satelliten startet, um so etwas auf einmal zu tun“, sagte Ridley. „Die NASA hat sich noch nie zuvor mit dieser Art von Daten befasst, im Sinne von sechs Satelliten, die die Bedingungen in der erdnahen Umlaufbahn messen.“
Bevor es soweit ist, gibt es viel zu tun. UM-Forscher untersuchen, wie Ionen und Neutronen interagieren und wie dies Instabilitäten in der Atmosphäre erzeugt. Ridley möchte neue Modelle für die Ionosphäre und die Thermosphäre bauen, die Störungen durch die Aurora erfassen und Weltraumwetterereignisse genauer vorhersagen.
Die NASA erwägt derzeit fünf zusätzliche Instrumente – von denen zwei ausgewählt werden können – für die Aufnahme in GDC. Ein betrachtetes Instrument wird von Forschern mit UM-Verbindungen geleitet.
Mark Moldwin, ein Arthur-F.-Thurnau-Professor und Professor für Klima- und Weltraumwissenschaften und -technik, leitet das Near Earth Magnetometer Instrument in a Small Integrated System – eine der zusätzlichen Missionen, die im Rahmen des Starts geflogen werden sollen. Das GDC ergänzt die Polarlichtmessungen durch Magnetfeldmessungen und erfasst so mehr Energie, die in die Atmosphäre eintritt. Diese Funktion könnte eine Gelegenheit sein, eine relativ neue Magnetometertechnologie zu testen, die auf den kleineren Satelliten verwendet werden kann, die in den letzten Jahrzehnten populär geworden sind.
Aktuelle Satelliten haben ihre Magnetometer typischerweise über einen langen Ausleger angebracht. Der Abstand ist notwendig, da die Elektronik von Raumfahrzeugen ihr eigenes Magnetfeld aussendet, was Messungen schwieriger macht. Das Anbringen langer Ausleger an immer kleineren Satelliten ist schwierig.
„Sie wollen die Magnetometer näher an das Raumschiff bringen“, sagte Moldwin. „Sie werden das magnetische Signal des Fahrzeugs sehen, aber mit drei Magnetometern an einem verkürzten Ausleger und einigen sehr cleveren mathematischen Algorithmen, um Rauschen vom Signal zu trennen, können wir die Daten bereinigen. Das bedeutet, dass wir mit mehr kleinen Magnetometern an einem kürzeren Ausleger arbeiten müssen (billiger) Boom, wir können die Magnetfelder aus der Elektronik herausnehmen, was uns erlaubt, die Wissenschaft zu studieren.“