
Ilmuwan Jepang telah menciptakan kumpulan data jangka panjang pertama tentang seluruh atmosfer bumi, yang membentang hingga ke luar angkasa.
Mereka berharap proyek ini akan membantu menjelaskan beberapa proses yang belum banyak dijelajahi yang terjadi di dalam selubung gas planet kita, termasuk proses luar biasa yang terjadi di bumi. cahaya utara.
Beberapa bagian dari atmosfer bumi dipelajari terus menerus dengan sangat detail. Misalnya, jutaan stasiun cuaca di seluruh dunia, ratusan balon meteorologi, dan pesawat terbang yang tak terhitung jumlahnya memberikan pengukuran harian seluruh troposfer, wilayah atmosfer terendah. Balon-balon tersebut juga mencapai bagian bawah stratosfer, lapisan di atas troposfer. Jumlah data yang dihasilkan dari pengukuran ini sangat banyak sehingga membuat model komputasi cuaca modern hampir sempurna.
Namun, jika dilihat lebih tinggi, ceritanya akan sangat berbeda. Mesosfer, lapisan udara tipis di atas stratosfer yang mencapai hampir sampai ke tepi ruang angkasa, masih belum banyak diketahui. Begitu sedikit yang diketahui tentang proses di mesosfer sehingga wilayah tersebut kadang-kadang disebut “ignorosphere.” Kekosongan dalam pengetahuan kita ini adalah akibat dari tidak terjangkaunya lapisan ignorosfer – terlalu tinggi untuk dijelajahi oleh balon stratosfer dan umumnya terlalu rendah untuk dijelajahi oleh instrumen satelit di orbit rendah Bumi.
Terkait: Sangat jarang, cat 'anti-aurora' hitam 'huruf E' bercahaya di atas Alaska
Sebuah tim peneliti dari Universitas Tokyo mencoba memecahkan masalah tersebut dengan menggunakan pemodelan komputer. Mereka mengambil pengukuran parameter meteorologi yang jarang tersedia di ignorosphere – yang diperoleh dengan menggunakan roket dan radar berbasis Bumi serta instrumen lidar – dan memasukkannya ke dalam sistem asimilasi data baru yang telah mereka kembangkan sebelumnya. Asimilasi data adalah teknik yang menggabungkan pemodelan dengan observasi langsung untuk memprediksi evolusi suatu sistem. Sistem kemudian diinstruksikan untuk merekonstruksi apa yang mungkin terjadi di dalam mesosfer untuk mengisi kekosongan tersebut.
Para peneliti Jepang menggunakan model tersebut untuk menghasilkan data selama 19 tahun yang mencakup evolusi seluruh atmosfer hingga ketinggian 110 kilometer (68,4 mil). Mereka kemudian menggunakan pengukuran tambahan angin mesosfer yang diperoleh dari radar berbasis darat untuk memverifikasi beberapa parameter dalam model guna mendapatkan keyakinan atas hasilnya.
Kumpulan data tersebut mencakup periode antara September 2004 dan Desember 2023 dan akan memungkinkan para peneliti untuk mengeksplorasi dan memodelkan beberapa fenomena misterius yang terjadi di ketinggian, termasuk aurora borealis yang memukau dan mitra antipodeannya, aurora australis.
“Untuk troposfer dan stratosfer, kami memiliki banyak data, dan pemodelan numerik untuk wilayah ini hampir sempurna,” kata Kaoru Sato, profesor fisika atmosfer di Universitas Tokyo dan peneliti utama di balik proyek tersebut, kepada Space.com. “Di wilayah di atas, model tidak memiliki performa yang baik karena tidak memiliki data kondisi awal yang akurat. Kumpulan data kami dapat menyediakannya.”
Ignorosphere adalah wilayah atmosfer di mana banyak efek yang berkaitan dengan cuaca luar angkasa terjadi. Ketika semburan partikel bermuatan dari matahari Ketika menghantam planet kita, gas-gas tersebut bercampur dengan gas-gas tipis yang jauh di atas Bumi, sehingga menarik molekul-molekul udara. Saat hal itu terjadi, molekul-molekul tersebut mengeluarkan cahaya memesona yang dapat kita amati di Bumi sebagai aurora. Namun ada dampak lain yang kurang terlihat akibat cuaca antariksa terhadap atmosfer.
“Partikel matahari berenergi tinggi dapat mengubah kimia ozon dan mengganggu lapisan ozon,” kata Sato. “Kita juga mengetahui bahwa fenomena aurora dapat menciptakan apa yang kita sebut gelombang gravitasi, yang kemudian merambat ke bawah menuju atmosfer.”
Gelombang gravitasi (jangan disalahartikan sebagai gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh tabrakan lubang hitam, dan pertemuan dramatis lainnya) adalah pusaran yang terjadi di seluruh atmosfer. Mereka mengangkut energi ke seluruh dunia, sehingga mempengaruhi pola iklim. Namun sejauh ini, para pemodel iklim belum mampu memahami dampak gelombang gravitasi yang terjadi di ketinggian.
“Dataset kami memberikan kondisi awal dalam resolusi sangat tinggi untuk model sirkulasi atmosfer secara umum,” kata Sato. “Jadi, ini memungkinkan kita untuk mensimulasikan gelombang gravitasi di seluruh atmosfer, dari permukaan hingga tepi ruang angkasa.”
Data ini juga akan membantu para peneliti memodelkan dengan lebih baik bagaimana proses di atmosfer bagian bawah memengaruhi ionosfer, bagian atmosfer di atas ketinggian 50 mil (80 km), tempat partikel gas terus-menerus terionisasi oleh angin matahari. Sato mengatakan bahwa gelombang atmosfer, termasuk gelombang gravitasi dan gelombang pasang surut skala global, mempengaruhi dinamo ionosfer, suatu proses yang menghasilkan arus listrik di sekitar planet melalui interaksi antara garis medan magnet bumi dan pergerakan udara ionosfer yang terionisasi.
Ada misteri lain yang para peneliti harap dapat dipecahkan oleh kumpulan data mereka – misalnya, fenomena aneh yang dikenal sebagai kopling antar-belahan bumi, yang pertama kali diamati pada akhir tahun 2000-an. Kopling antar-belahan bumi adalah asumsi hubungan antara mesosfer Antartika dan stratosfer Arktik, di mana awan langka di ketinggian sering muncul dan menghilang pada waktu yang sama, biasanya pada bulan Januari, kata Sato.
“Jika kita ingin memahami mekanisme di balik hubungan antar belahan bumi ini, kita memerlukan data,” kata Sato. “Kumpulan data kami dapat memberikan informasi yang sangat berharga untuk mengatasi gangguan ini.”
Sebuah kertas menggambarkan pekerjaan yang dilakukan oleh tim Jepang dan diterbitkan dalam jurnal Progress in Earth and Planetary Science pada 10 Januari.
Awalnya diposting di Luar Angkasa.com.