Ракетная команда НАСА охотится за гигантскими ураганными водоворотами в верхних слоях атмосферы. Эти водовороты или вихри могут быть ключом к погодным условиям в верхних слоях атмосферы, которые влияют на весь земной шар. Эксперимент Vorticity Experiment, или миссия VortEx, готовится к запуску 17 марта 2023 года из Космического центра Andøya в Анденесе, Норвегия.

Если вы когда-либо стояли на вершине горы или высокого здания, вы, вероятно, замечали, как там бывает порывисто. Высотные ветры учитываются в планах архитекторов и маршрутах пилотов, но их влияние на нашу планету выходит далеко за рамки обычной человеческой сферы. Эти ветры являются источниками волн плавучести: гигантских импульсов энергии, которые вызывают изменения на границе Земли и космоса.

Волны плавучести — обычное явление на Земле. «Они могут появиться из-за приближающихся штормовых фронтов или ветров, ударяющих по горам и направляемых вверх», — сказал Джеральд Лемахер, профессор физики в Университете Клемсона в Южной Каролине и главный исследователь миссии Vorticity Experiment или VortEx.

Волны плавучести образуются, когда порыв ветра или возмущение внезапно выталкивает более плотный воздух вверх в область более низкого давления, создавая колебания, когда атмосфера пытается вернуться к равновесию. Эти колебания приводят к возникновению волн, которые распространяются от возмущения, подобно ряби в пруду.

Хотя волны плавучести распространены, их эффекты выше в атмосфере до сих пор плохо изучены.

«В самом широком смысле этот эксперимент посвящен изучению судьбы волн плавучести на краю космоса», — сказал Лемахер.

В частности, VortEx ищет одну судьбу: вихри . По мере того, как волны плавучести движутся вверх и проходят через стабильные слои нашей атмосферы, компьютерные модели показали, что они могут образовывать гигантские воздушные вихри.

«Они могут превратиться в вихри — это может происходить повсюду в атмосфере, но у нас просто нет измерений, чтобы знать», — сказал Лемахер.

Считается, что эти вихри простираются на десятки миль от одной стороны к другой, но они слишком велики, чтобы их можно было измерить обычными методами. Лемахер разработал VortEx, чтобы преодолеть это ограничение, измеряя ветер в удаленных друг от друга местах.

Миссия будет использовать четыре ракеты, запускаемые по две одновременно. Каждая пара состоит из одного высоколетящего и одного низколетящего, запускаемых с интервалом в несколько минут. Высоколетящий аппарат, пик которого будет находиться на высоте примерно 224 мили (360 километров), будет измерять ветры. Низколетящий аппарат, достигающий высоты примерно 87 миль (140 километров), будет измерять плотность воздуха, которая влияет на формирование вихрей. Обе ракеты будут проводить измерения в течение нескольких минут, прежде чем вернуться в Норвежское море.

Для измерения ветра высоколетящая ракета будет выпускать люминесцентные облака, подобные тем, которые используются в фейерверках, отслеживая их движение с земли. В большинстве экспериментов такого типа облака высвобождаются из полезной нагрузки ракеты. Но чтобы разложить облака и выявить более крупномасштабные узоры, VortEx будет выбрасывать четыре вспомогательные нагрузки за раз, каждая из которых достигает расстояния около 25 миль (40 километров) от ракеты, прежде чем выпустить свои собственные облака.

Это произойдет в четырех разных случаях во время полета, всего 16 облаков на разной высоте и расстоянии, что поможет показать крупномасштабные закономерности. Наблюдая за движением этих облаков, команда VortEX будет искать любые явные признаки завихрения. Затем команда повторит эксперимент, запустив вторую пару ракет в разных погодных условиях позже той же ночью или через несколько дней (в зависимости от благоприятных условий).

Команда VortEx также будет следить за волнами плавучести снизу. Обсерватория Аломар, находящаяся в ведении Космического центра Андёйя в Анденесе, Норвегия, имеет необходимые наземные радары и системы визуализации для обнаружения волн плавучести, возникающих в режиме реального времени. В этом месте также есть Скандинавские горы, которые проходят через всю Норвегию с севера на юг. Они являются регулярным источником волн плавучести, когда ветры устремляются в горы и устремляются в небо.

Если VortEx обнаружит вихри, это станет ключевым шагом вперед в понимании погоды в верхних слоях атмосферы, которая влияет на GPS-навигацию и сигналы связи. Современные компьютерные модели погоды в верхних слоях атмосферы до сих пор не могут объяснить влияние волн плавучести. Лемахер говорит, что ключом могут быть вихри, потому что они более предсказуемы, чем сами волны плавучести.

«Вихревые структуры следуют определенным универсальным правилам, которые мы могли бы заложить в модели, чтобы заставить их работать в таких масштабах», — сказал Лемахер. «Вместо того, чтобы отслеживать отдельные волны плавучести , вы бы просто описали их спектром вихрей».