ICON gav banbrytande insikter om jonosfären och avslöjade hur den interagerar med jord- och rymdväder. Dess fynd om plasmarörelse och jonosfärisk dynamo har omformat vår förståelse av detta atmosfäriska lagers inverkan på teknik och kommunikation. Kredit: NASA:s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith
NASAICON-uppdraget förbättrade vår förståelse av jonosfärens inverkan på teknik genom att studera dess interaktioner med jorden och rymdvädret, vilket satte scenen för pågående vetenskaplig utforskning.
- NASA:s ICON-uppdrag studerade det yttersta lagret av jordens atmosfär som kallas jonosfären.
- ICON gav kritiska insikter om samspelet mellan rymdväder och jordens väder. Uppdraget samlade in oöverträffade detaljer om luftglöd, visade ett förhållande mellan atmosfärens joner och jordens magnetfältslinjer och gav den första konkreta observationen för att bekräfta jordens länge teoretiserade jonosfäriska dynamo.
- Nästan ett år efter att ICON slutfört sitt primära uppdrag, förlorades kommunikationen i november 2022 av oklara skäl. NASA avslutade formellt uppdraget efter flera månaders felsökning kunde inte återfå kontakten.
Uppdragsöversikt
Efter att ha bidragit till många viktiga fynd på gränsen mellan jordens atmosfär och rymden – ett område där rymdvädret kan störa både satelliter och kommunikationssignaler – har NASA:s ICON-uppdrag (Ionospheric Connection Explorer) kommit till ett slut. Uppdraget lanserades i oktober 2019 och avslutade sina tvååriga uppdragsmål i december 2021, innan det fortsatte att fungera som ett utökat uppdrag i ytterligare ett år.
”ICON-uppdraget har verkligen levt upp till sitt namn”, säger Joseph Westlake, divisionschef för heliofysik vid NASA:s högkvarter i Washington. ”ICON lyckades inte bara genomföra och överträffa sina primära uppdragsmål, det gav också viktiga insikter om jonosfären och samspelet mellan rymden och markväder.”
Jonosfäriska undersökningar
Rymdfarkosten ICON kretsade i en del av vår planets yttersta skikt av atmosfären, kallad jonosfären, där den studerade vilka händelser som påverkar jonosfären, inklusive jordens väder underifrån och rymdväder från ovan. Jonosfären är rymdens lägsta gräns, belägen mellan 55 miles till 360 miles över jordens yta. Den består av ett hav av partiklar som har joniserats: en blandning av positivt laddade joner och negativt laddade elektroner som kallas plasma.
Denna rymdens gräns är en dynamisk och hektisk region, hem för många satelliter – inklusive Internationell rymdstation — och är en kanal för radiokommunikation och GPS signaler. Både satelliter och signaler kan störas av de komplexa interaktionerna mellan mark- och rymdväder, så att studera och förstå jonosfären är avgörande för att förstå rymdvädret och dess effekter på vår teknik.
Video som förklarar egenskaperna hos jonosfären, jordens yttersta lager av atmosfären. Det är hem för norrsken, den internationella rymdstationen, en mängd olika satelliter och radiokommunikationsvågor. Kredit: NASA/Goddard/Conceptual Image Lab/Krystofer Kim
Banbrytande data och upptäckter
ICON-uppdraget fångade oöverträffad data om jonosfären med direkta mätningar av den laddade gasen i dess omedelbara omgivning tillsammans med bilder av en av jonosfärens mest fantastiska egenskaper – luftglöd.
ICON spårade de färgglada banden när de rörde sig genom jonosfären. Airglow skapas av en process som liknar det som skapar norrskenet. Men luftglöd förekommer runt om i världen, inte bara på de nordliga och södra breddgraderna där norrsken vanligtvis finns. Även om luftglöd normalt är svagt, var ICONs instrument speciellt designade för att fånga även den svagaste glöd för att bygga en bild av jonosfärens densitet, sammansättning och struktur.
Genom att mäta dopplerskifte upptäckte ICONs känsliga bildapparater också atmosfärens rörelse när den glödde. ”Det är som att mäta ett tågs hastighet genom att upptäcka förändringen i tutans stigning – men med ljus”, säger Thomas Immel, ICON-uppdragsledare vid University of California, Berkeley. Uppdraget var speciellt utformat för att utföra denna tekniskt svåra mätning.
De lägsta delarna av rymden lyser med ljusa färgband som kallas luftglöd. Kredit: NASA/JSC/ESRS
Förbättrad vetenskaplig förståelse
ICON-uppdragets heltäckande bild av den övre atmosfären gav värdefulla data för forskare att reda ut i många år framöver. Dess mätningar visade till exempel hur vulkanutbrottet Hunga Tonga-Hunga Ha’apai 2022 störde elektriska strömmar i jonosfären.
”ICON kunde fånga hastigheten på vulkanutbrottet, så att vi direkt kan se hur det påverkade rörelsen av laddade partiklar i jonosfären,” sa Immel. ”Detta var ett tydligt exempel på sambandet mellan tropiskt väder och jonosfärisk struktur. ICON visade oss hur saker som händer i markväder har en direkt korrelation med händelser i rymden.”
Tekniska och vetenskapliga framsteg
Ett annat vetenskapligt genombrott var ICONs mätningar av jonernas rörelse i atmosfären och deras förhållande till jordens magnetfältslinjer. ”Det var verkligen unikt,” sa Immel. ”ICONs mätningar av jonernas rörelse i atmosfären var vetenskapligt transformerande i vår förståelse av beteendet i jonosfären.”
Med hjälp av ICON förstår forskare bättre hur dessa interaktioner driver en process som kallas jonosfärisk dynamo. Dynamon, som ligger på botten av jonosfären, förblev ett mysterium i årtionden eftersom den är svår att observera.
ICON gav den första konkreta observationen av vindar som driver dynamo och hur detta påverkar rymdvädret. Oförutsägbara markvindar flyttar plasma runt jonosfären och skickar de laddade partiklarna att skjuta ut i rymden eller störta mot jorden. Denna elektriskt laddade dragkamp mellan jonosfären och jordens elektromagnetiska fält fungerar som en generator och skapar komplexa elektriska och magnetiska fält som kan påverka både teknologin och själva jonosfären.
”Ingen hade någonsin sett det här förut,” sa Immel. ”ICON gav slutligen och slutgiltigt experimentell bekräftelse av vinddynamoteorin.”
Uppdragsavslutning och arv
Den 25 november 2022 förlorade ICON-teamet kontakten med rymdfarkosten. Kommunikation med rymdfarkosten kunde inte upprättas, även efter att ha utfört en återställning av strömcykeln med en inbyggd kommandoförlusttimer. Även om rymdfarkosten förblir intakt, kunde andra felsökningstekniker inte återupprätta kontakten mellan ICON-rymdskeppet och uppdragsoperatörerna.
”ICONs arv kommer att leva vidare genom den banbrytande kunskap som den gav medan den var aktiv och den stora datamängden från dess observationer som kommer att fortsätta att ge ny vetenskap,” sa Westlake. ”ICON fungerar som en grund för nya uppdrag som kommer.”