Misja CAREII będzie badać plazmę pyłową w ziemskiej atmosferze

septemberlau

Naukowcy z University of Washington wyczekują startu 15-metrowej rakiety z lotniska zlokalizowanego w Normwegii w górne warstwy atmosfery, gdzie będzie ona obserwowała i mierzyła zagadkowe zjawisko.

Misja naukowa opracowana i finansowana przez US Naval Researach Laboratory jednocześnie stworzy i będzie obserwować „pyłową plazmę” w górnej warstwie atmosfery ziemskiej. Owe gorące, naładowane obłoki jonów, elektronów i pyłu tworzą się i naturalnie rozpraszają gdy szybko poruszające się obiekty takie jak satelita wysyłany na orbitę czy meteoryt spalający się w górnych warstwach atmosfery przelatują przez tą warstwę. Uważa się, że pyłowa plazma stanowi powszechne źródło interferencji w komunikacji radarowej i radiowej.

„Z praktycznego punktu widzenia może to prowadzić do całkowitego zaburzenia normalnej dynamiki atmosfery na pewien okres,”  mówi profesor Robert Holzworth z University of Washington pracujący nad tym projektem wraz z prof. Michaelem McCarthy.

Pyłowa plazma to złożona, przejściowa mieszanina gazu i pyłu trudna do zaobserwowania i scharakteryzowania gdy powstaje naturalnie. Misją Charged Aerosol Release Experiment II – lub CAREII – jest wykorzystanie silników rakiety do stworzenia pyłowej plazmy i jednoczesne zmierzenie jej właściwości za pomocą czujników umieszczonych na rakiecie. Badacze z UW zaprojektowali i zbudowali instrumenty na rakiecie, które zmierzą pole elektryczne powstałej po jej przelocie plazmy pyłowej. Współpracownicy z NASA udostępnili możliwość startu oraz swoje wsparcie, podczas gdy naukowcy z Oddziału Fizyki Plazmy w Naval Research Laboratory pod kierownictwem Paula Bernhardta dostarczyli dodatkowe instrumenty oraz rakiety CRV7, które stworzą pyłową plazmę.

Plazma to gaz w superpodgrzanym i naładowanym stanie. Naukowcy mogą przewidywać zachowanie plazmy o znanym składzie chemicznym jednak przewidywanie zachowania plazmy pyłowej jest zbyt skomplikowane dla aktualnie obowiązujących teorii fizyki plazmy, mówi Holzworth.

„Większość plazmy w atmosferze to plazma pyłowa w tym znaczeniu, że oprócz gazu zawiera także pył i aerozole,” mówi Holzworth. „To stanowi problem ponieważ nasz opis plazmy i jej zachowania nie dotyczy plazmy, którą obserwujemy w rzeczywistości. Im więcej się uczymy tym bardziej możemy poprawiać nasze modele i rozumieć zachowanie plazmy pyłowej w atmosferze.”

Misja CAREII bazuje na sukcesie oryginalnego eksperymentu CARE z 2009 roku w ramach którego rakieta wystrzelona z NASA Wallops Flight Facility stworzyła plazmę pyłową w górnych warstwach atmosfery nad Wirginią, którą naukowcy następnie obserwowali sprzętem naziemnym.

Rakieta CAREII zostanie wystrzelona z Andøya Space Center nad kołem podbiegunowych w pobliżu norweskiej miejscowości Andenes. Okno na wystrzelenie rakiety potrwa dwa tygodnie od 7. września. Zespół będzie wypatrywał idealnej widzialności i warunków atmosferycznych i dopiero w takich warunkach zdecyduje się na wystrzelenie rakiety.

Po dotarciu na wysokość ok. 250 kilometrów, rakieta rozpocznie opadanie ku Ziemi. Na wysokości ok. 210 kilometrów nad Morzem Norweskim, przedni segment rakiety – który zawiera większość instrumentów naukowych – oddzieli się i skieruje swoje instrumenty w stronę tylnego segmentu rakiety. Tylny segment uruchomi w tym momencie 37 małych silników rakietowych CRV7 zaprojektowanych przez Bristol Aerospace w Kanadzie, które wytworzą plazmę pyłową o znanej zawartości gazu, jonów i pyłu, która otoczy przednią część rakiety. Próbniki i czujniki w przednim segmencie rakiety zbiorą pełen pakiet informacji o wytworzonej plazmie pyłowej. Stacje radarowe i lidarowe na Ziemi oraz lecący w pobliżu samolot wyposażony w kamery i czujniki także będzie śledził i mierzył sztuczną plazmę.

„Od początku do końca cały eksperyment potrwa około 10 minut,” mówi McCarthy.

Źródło: University of Washington