Rymdfärjan Discovery på startrampen. Bildkredit: NASA. Klicka för att förstora.
En ny studie, delvis finansierad av Naval Research Laboratory och National Aeronautics and Space Administration (NASA) rapporterar att avgaser från rymdfärjan kan skapa höghöjdsmoln över Antarktis bara dagar efter uppskjutning, vilket ger värdefull insikt om globala transportprocesser i den nedre termosfären[mhs1]. Samma studie visar också att skyttelns huvudmotors avgasplym bär små mängder järn som kan observeras från marken, en halv värld bort.
Det internationella teamet av författare till studien, som kommer att visas i numret av Geophysical Research Letters den 6 juli, använde STS-107 Shuttle-uppdraget som en fallstudie för att visa att avgaser som släpps ut i den nedre termosfären, nära 110 kilometers höjd, kan bilda Antarktis polära mesosfäriska moln (PMC). Termosfären är det högsta lagret i vår atmosfär, med mesosfären (mellan 50-90 kilometer över jorden), stratosfären och troposfären under.
Nya observationer som presenterats av forskargruppen från Global Ultraviolet Imager (GUVI) på NASA:s Thermosphere, Ionosphere, Mesosphere, Energetics and Dynamics (TIMED) satellit avslöjar transport av STS-107-avgaserna till det södra halvklotet bara två dagar efter uppskjutningen i januari 2003 . Vatten från avgaserna ledde slutligen till en betydande explosion av PMC:er under södra polarsommaren 2002-2003, observerad av satellitexperimentet Solar Backscatter Ultraviolet (SBUV). Den inter-hemisfäriska transporten följt av Antarktis PMC-bildning var oväntad.
PMC, även känd som nattlysande moln, uppträder nära 83 kilometers höjd och består av vattenispartiklar skapade genom mikrofysiska processer av kärnbildning, kondensation och sedimentering. De uppträder vanligtvis i den kyliga polära sommarmesosfären där temperaturen sjunker under 130? Kelvin (-220? F). Lite är känt om de specifika processer som leder till PMC-bildning.
Enligt studiens huvudförfattare, Dr Michael Stevens, en forskningsfysiker vid E.O. Hulburt Center for Space Research vid Naval Research Laboratory, gav forskningen flera banbrytande vetenskapliga resultat.
'Denna forskning är spännande eftersom den utökar en ny förklaring till bildandet av dessa moln genom att demonstrera den globala effekten av en Shuttle-avgasplym i en region av atmosfären som traditionellt inte har förståtts väl,' sa Stevens.
Vissa tror att påverkan av antropogen förändring i den nedre atmosfären återspeglas i dessa övre atmosfäriska moln. Även om PMC historiskt sett bara har setts i polarområdet, har PMC på senare år upptäckts på lägre breddgrader så långt söderut som [mhs2]Colorado och Utah, vilket förnyat intresset och väckt debatt om konsekvenserna. Men resultaten av detta arbete 'ifrågasätter tolkningen av effekterna av PMC-trender från slutet av 1900-talet enbart i termer av globala klimatförändringar,' sa Stevens. Teamet drar slutsatsen att vattnet från en rymdfärjas avgasplym kan bidra med anmärkningsvärda 10-20 procent till PMC som observerats under en sommarsäsong i Antarktis.
En viktig del av data som bekräftade plymens ankomst till Antarktis var den markbaserade observationen av järnatomer nära 110 km. Förekomsten av järn på denna höjd förbryllade ursprungligen forskarna eftersom det inte finns någon känd naturlig källa där. Uppgifterna antyder att järn som ablerades eller förångades av skyttelns huvudmotorer transporterades tillsammans med vattenplymen och anlände till Antarktis tre till fyra dagar efter lanseringen i januari 2003. Både vattenplymen och närvaron av järn visar att den genomsnittliga sydgående vinden som härleds från teamets data är mycket snabbare än från globala cirkulationsmodeller eller vindklimatologier.
'Detta säger oss något nytt och spännande om transport i denna region av atmosfären,' sa Stevens. 'Det kan gå så snabbt att en skyttelplym kan bilda is över Antarktis innan andra förlustprocesser verkligen kan få effekt. Vi måste vara mycket noga med att tolka de långsiktiga konsekvenserna för observationer och egenskaper hos dessa moln på grund av detta bidrag från skytteln och det potentiella bidraget från många andra mindre bärraketer.'
NRL och NASA finansierade studien, med bidrag från National Science Foundation, British Antarctic Survey i Cambridge, Storbritannien, och University of Illinois, Urbana-Champaign. Andra forskare på studien inkluderar Robert Meier från George Mason University, Fairfax, Va.; Xinzhao Chu från University of Illinois, Urbana-Champaign; Matthew DeLand of Science Systems & Applications, Inc., Lanham, Md.; och John Plane vid University of East Anglia, Norwich, Storbritannien.
Ursprunglig källa: NRL News Release