Žemės atmosfera kiekvieną dieną praranda po kelis šimtus tonų deguonies: ar tai pavojinga ir kodėl tai vyksta?

JAV kosmoso agentūrai NASA priklausanti Žemės observatorija paskelbė, kad šio proceso principų aiškinimąsi sunkina tai, kad nebūna dviejų vienodų deguonies praradimo įvykių. Jie tokius įvykius vadina „dujų fontanais“, išsiveržiančiais iš Žemės pašvaisčių švytėjimo metu. Ir turi užduotį išsiaiškinti, kas ir kaip vyksta.

Tokia užduotis įrašyta į žemės observatorijos programą VISIONS-2 (Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2), o jai įvykdyti reikalingos tam tikros sąlygos.

Programos įranga yra pastatyta Norvegijai priklausančioje Svalbardo salyno Špicbergeno saloje, Ny Alesund mokslinių tyrimų miestelyje – tai yra pati šiauriausia Žemėje visus metus apgyvendinta vietovė, turinti ir žiemą neužšąlantį uostą. Be to, čia yra ir moderni raketų kėlimo aikštelė. O žiemą čia nešviečia Saulė, taigi, niekas netrukdo tyrinėti pašvaistes.

Tačiau yra ir svarbesnė priežastis, dėl kurios VISIONS-2 misija yra vykdoma iš Svalbardo: kiekvieną rytą Ny Alesundas prasisuka po silpniausia Žemės magnetinio lauko burbulo vieta. Ši vieta yra tarsi piltuvas, kuris į viršutinius Žemės atmosferos sluoksnius nukreipia stipriausius Saulės vėjus. Dėl to matoma itin ryški pašvaistė, o atmosferoje esančios dujos pašvaistės fontano pavidalu išgarinamos į kosmoso vakuumą.

Neseniai misiją vykdantys mokslininkai iškėlė dvi nedideles, kameromis ir kitais instrumentais apginkluotas meteorologines raketas, kuriomis siekė ištirti deguonies praradimą pašvaisčių metu.

Tyrėjams teko apsiginkluoti ištverme. Bet, žinoma, jų pusėje buvo technologijos: jiems nereikėjo laukti, kol pamatys pašvaistę, – apie pašvaistės pradžią jiems pranešdavo palydovas DSCOVR (Deep Space Climate Observatory).

DSCOVR yra JAV Nacionalinei vandenynų ir atmosferos administracijai (NOAA) priklausantis Saulės vėjo palydovas, „patupdytas“ LaGrange'o taške tarp Žemės ir Saulės. Jis VISION-2 mokslininkus informuoja, kada Saulės vėjas yra pakankamai galingas ir orientuotas tinkama kryptimi, kad Svalbarde būtų matoma pašvaistė. Geriausiais atvejais mokslininkai apie pašvaistes sužino likus valandai iki jų pradžios.

Bet net ir tokius įspėjimus mokslininkai vertina atsargiai: jeigu Saulės vėjas pasirodys esąs per silpnas, tuomet brangi raketa bus sunaudota be reikalo. Jeigu antžeminis vėjas bus per stiprus, tai taip pat gali kelti pavojų iškėlimui.

Raketos nėra valdomos, tad jų orientaciją reikia nustatyti dar Žemėje, numačius vėjų kryptis įvairiuose atmosferos sluoksniuose. Laimė, mokslininkai galėjo naudotis ir kitu įrankiu – meteorologiniais balionais, kurie yra keliami kas pusvalandį arba pagal poreikį – jie padeda nustatyti vėjo kryptį aukščiau Žemės paviršiaus.

Abi raketos iš Ny Alesundo aikštelės kilo gruodžio 7 dieną, kai mokslininkai sulaukė startui idealių sąlygų.

Vienam tyrimui dvi raketos buvo naudotos dėl to, kad mokslininkai norėjo į jas sumontuoti skirtingus instrumentų derinius. Kai kuriems instrumentams reikėjo, kad platforma suktųsi, kai kuriems – ne. Be to, su poros minučių skirtumu paleistos raketos galėjo išmatuoti įvairių parametrų kitimą laikui bėgant.

„Įgijome nuostabios patirties, kurdami labai sudėtingą ir daug galimybių turintį naudingąjį krovinį, jį integruodami ir bandydami Volopso kosminių skrydžių centre ir vėliau pristatydami raketas į iškėlimo vietą. Pats iškėlimas yra labai emocinga akimirka, ypač kai visi instrumentai suveikia gerai ir sąlygos eksperimentui yra puikios“, – sakė pagrindinis projekto mokslininkas, NASA Goddardo kosminių skrydžių centro kosmoso fizikas Dougas Rowlandas.

Po iškėlimo raketos savo darbą atmosferos fontane turi atlikti per dešimt minučių. Neutralių atomų vaizdinimo kameros fiksuoja vaizdus iš fontano išorės ir vidaus. Pašvaistės kamera fiksuoja pačią pašvaistę, jos temperatūrą, intensyvumą ir aukštį. Ir, visiems reikalams susiklosčius palankiai, mokslininkai tikėjosi milžiniško duomenų kiekio. „Mokslo sienos“, kaip teigia jie patys.

Panašu, kad gruodžio 7 d. startas kaip tik ir buvo sėkmingas. Pirminis gautų duomenų peržvelgimas leido daryti išvadas, kad visi instrumentai veikė kaip numatyta ir reikiamus duomenis surinko.

„Esu tikras, kad pamatėme „atmosferos fontaną“, gali būti, kad turime jo egzistavimo įrodymų iš skirtingų perspektyvų“, – sakė D.Rowlandas. Kad sužinotų, ką šie duomenys slepia, mokslininkams dar reikės juos išsamiai išanalizuoti ir interpretuoti.

Šio projekto darbo rezultatai padės suprasti ne tik mūsų planetos veikimo principus, bet ir numatyti, kas vyksta kitose planetose. Kuri iš jų tinkama apgyvendinimui? Dėl ko kai kurios iš jų būna tokios nesvetingos? Kaip Marsas, kadaise turėjęs atmosferą, jos neteko?

Aišku, galima nusiraminti – bent jau artimiausiu metu Žemės atmosfera niekur nedings. Bent jau milijardus metų: po kurio laiko, Saulei dėl senatvės pradėjus plėstis, visa Žemės atmosfera bus visiškai išgarinta, o mūsų planeta taps visiškai nebetinkama gyvenimui.

Deguonies (ir vandenilio) kiekis, kurį dėl pašvaisčių praradinėja Žemė, atrodo didelis tik vertinant absoliučiais skaičiais – santykinai jis yra mažutis. Be to, praradimus kompensuoja fotosintezės procesas, kurį atlieka žalieji augalai.

Bet, nepaisant to, pašvaisčių ir atmosferos garavimo tyrimai padės mums geriau suprasti Žemės ir Saulės tarpusavio santykius.