Исследователи обнаружили, что на Земле и в космосе наблюдается одинаковая турбулентность

В работе, опубликованной в Geophysical Research Letters, исследователи обнаружили, что турбулентность в термосфере подчиняется тем же физическим законам, что и ветер в нижней атмосфере. Кроме того, ветер в термосфере преимущественно вращается в циклоническом направлении: против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии.

Полученные результаты раскрывают новый единый принцип для различных экологических систем Земли и способны улучшить будущее прогнозирование как земной, так и космической погоды.

Время от времени мы смотрим последние прогнозы погоды, и хотя они дают нам хорошее представление о ежедневных атмосферных условиях, исследования того, как движется воздух на Земле, головокружительно сложны.

«На фундаментальном уровне мы изучаем взаимодействие кинетической энергии в атмосфере различных размеров и масштабов. Эта энергия в основном проявляется в виде ветра и турбулентности. За десятилетия огромный объем данных позволил нам понять, как это происходит. Энергия течет и рассеивается, влияя на погоду в тропосфере, самом нижнем слое атмосферы», — объясняет профессор Хуисинь Лю с факультета естественных наук Университета Кюсю, возглавивший исследование.

«Мои исследования сосредоточены на движениях в верхней атмосфере, особенно в термосфере, где мы изучаем соответствующие законы, управляющие динамикой и потоками энергии в этой области».

Термосфера — это часть атмосферы на высоте 80-550 км над уровнем моря, которую часто называют «воротами в космос». Это критически важная область для космических операций, именно здесь находится Международная космическая станция и большинство спутников. Здесь также образуется аврора бореалис, ліжко дерев’яне.

Лю сотрудничал с научным метеорологом доктором Факундо Л. Поблете из Института физики атмосферы имени Лейбница при Университете Ростока, чья работа посвящена динамике и турбулентности в нижних слоях атмосферы на высоте менее 100 км.

«Мои исследования связаны с космической физикой, и я хотел узнать, сможем ли мы применить его метеорологические методы в моей области исследований», — объясняет Лю.

Команда проанализировала данные о термосферном ветре, полученные с двух спутников: миниспутника Challenge Minisatellite Payload (CHAMP) и спутника Gravity Field and Steady State Ocean Circulation Explorer (GOCE). Используя эти данные, команда рассчитала структурную функцию ветра третьего порядка — статистическую величину, которая дает информацию о лежащей в основе турбулентности. К своему удивлению, они обнаружили, что в термосфере действует тот же закон масштабирования, что и в нижней атмосфере.

«Это означает, что термосфера и тропосфера, несмотря на совершенно разные составы и динамику атмосферы, подчиняются одним и тем же физическим законам. То, как турбулентность движется, формируется и рассеивается в этих двух регионах, очень похоже», — продолжает Лю.

Несмотря на выдающиеся успехи в понимании термосферы, сложное взаимодействие турбулентности остается во многом неуловимым, и команда рада, что полученные ими результаты проливают новый свет на этот малоизученный аспект динамики ближнего космоса.

«Как и в случае с прогнозированием погоды в атмосфере, понимание распределения энергии в термосфере жизненно важно для улучшения нашего понимания космической динамики», — заключает Лю. «Мы надеемся, что эти результаты могут быть использованы для улучшения прогнозирования космической погоды и обеспечения непрерывной функциональности и безопасности спутниковых технологий, необходимых для повседневной жизни».