Ученые уже довольно долгое время знают, что каждый день атмосфера Земли теряет несколько тонн кислорода. Они понимают, как эта потеря происходит на ночной стороне, но не совсем уверены, как это происходит на дневной. 

Одно нам известно точно — утечка происходит во время северных сияний. 

(Allison Stancil-Ervin of NASA’s Wallops Flight Facility)

Согласно пресс-релизу с NASA Earth Observatory, все утечки кислорода не похожи друг на друга, поэтому изучать их очень непросто. Они называют эти события “фонтанами газа”, которые покижают Землю во время активности аврор, и у Earth Observatory есть миссия, посвященная их изучению.

Она расположена в населенном пункте Ню-Олесунн, норвежской провинции Свальбард, — самом северном в мире постоянном поселении. Там находится незамерзающая круглый год гавань и современный полигон для запуска ракет. А еще там нет солнца во время зимней ночи, которое могло бы помешать изучению сияний.

Есть еще одна особенность, которая делает это местечко просто идеальным.

Каждое утро Ню-Олесунн оказывается под слабой точкой в магнитном поле Земли. Такие слабые точки играют роль воронки для сильных солнечных ветров, которые по ней попадают в верхнюю атмосферу планеты. Лучи превращаются в авроры и выпаривают газы нашей атмосферы в вакуум космоса в форме аврор-фонтанов (auroral fountain). 

Находясь на 78.9° северной долготы, Ню-Олесунн находится всего в 1237 км от Северного полюса.  

Недавно исследователи VISIONS-2 запустили две геофизические ракеты для исследования потерь кислорода во время северных сияний. Геофизические ракеты — это маленькие, направленные ракеты, которые можно быстро запустить. В нашем случае две ракеты были нагружены камерами и другими измерительными приборами, а затем пришло время ожидания.

К счастью, на стороне исследований были технологии. Во-первых, о северном сиянии их заранее предупреждал спутник DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) Национального управления океанических и атмосферных исследований. Он находится в одной из точек Лагранжа системы Земля-Солнце и заранее сообщает, достаточно ли силен солнечный ветер и имеет ли он подходящую направленность для возникновения сияния. В лучшем случае у команды есть час на подготовку.

Во-вторых, им помогали устройства на Земле, ведь недостаточно одного ветра, должны быть и подходящие условия в атмосфере планеты. Если солнечный ветер слаб, ничего не получится, но если и обычный ветер на Земле слишком силен, ничего не получится. Ракеты не управляемы, перед взлетом их нужно верно направить, учитывая направление ветра. Поэтому каждые 30 минут команда запускала метеозонды. 

Пара взлетевших ракет. (Allison Stancil-Ervin of NASA’s Wallops Flight Facility)

Все условия совпали 7 декабря 2018 года. Команда запустила две ракеты во время северного сияния. Фотография выше выполнена с длинной экспозицией; ракеты взлетели в разницей в несколько минут.

Почему две? Потому что это позволило ученым установить на разные ракеты разные наборы устройств — каким-то из них требовалась вращающаяся платформа, другим нет. Пауза между запусками позволила понаблюдать за изменениями показателей во времени.

У каждой из ракет было лишь 10 минут на сбор данных. Специальные камеры (neutral atom imaging cameras) сняли фонтан изнутри и снаружи. Другие инструменты считали температуру, интенсивность и высоту самого сияния.

Предварительный анализ работы инструментов и полученных данных показал, что все прошло по плану. Ученые надеются узнать не только то, как функционирует наша собственная атмосфера, но как другие планеты, вроде Марса, могли ее потерять.

Не бойтесь, объем потерянного кислорода (и водорода) хоть и кажется огромным, ведь он исчисляется сотнями тонн, на самом деле почти несущественнен для такой большой планеты как Земля. К тому же фотосинтез помогает восстанавливать потери.

Но при этом такие события являются важным пунктом в нашем понимании взаимоотношений Земли с Солнцем.