Jordens atmosfär förlorar tusentals ton varje år

Från jordens polarområden strömmar joniserade atomer upp.
17 december 2008

Ett svensk-amerikanskt forskarlag har gjort nya mätningar som visar att flera tusen ton av jordens atmosfär varje år strömmar långt ut i rymden från jordens polarområden. Mätningarna har gjorts med ESA:s Clustersatelliter och presenteras i tidskriften Nature Geoscience.

Den så kallade polarvinden är en mycket uttunnad "vind" av joniserat väte och syre som strömmar uppåt i jordens övre atmosfär i polartrakterna. På lägre latituder hindrar jordens magnetfält jonerna från att lämna jorden. Där fastnar de istället i den så kallade plasmasfären – en "bubbla" av relativt tät plasma som hålls på plats av de geomagnetiska fältlinjerna. Vid polerna är fältlinjerna öppna mot rymden, och därför kan plasmat fortsätta strömma uppåt.

Vätet och syret kommer från vattenmolekyler som brutits ned i sina beståndsdelar av solljuset.

Kan vara betydelsefullt även på andra himlakroppar

Mätningarna är gjorda av ESA:s Clustersatelliter.

De nya mätningarna bygger på data från ESA:s Clustersatelliter och visar att polarvinden blåser oförminskad till mycket hög höjd. Vätet har tidigare bara kunnat mätas med satelliter på låg höjd, så man har inte vetat om det fortsätter långt ut i rymden eller om det sprids ut och snart kommer tillbaka till jorden. Nu kan man konstatera att partiklarna verkligen försvinner från jorden, eftersom man med Clustersatelliterna kunnat följa dem till höjder nästan tio gånger jordens diameter.

Samma processer som den svenska forskarna spårat på jorden kan vara verksamma på andra himlakroppar.

– Men vi behöver inte vara oroliga för vår överlevnad, eftersom polarvinden inte utgör något hot mot jordens atmosfär, säger Erik Engwall.

Han är doktorand vid Uppsala universitet och Institutet för rymdfysik, IRF, och har lett studien.

Erik Engwall påpekar att ett utflöde av den storlek som satelliterna mäter upp inte gör någon dramatisk skillnad ens under solsystemets livstid. Men liknande fenomen kan spela större roll för andra himlakroppar.

– Vi har exempelvis inte så bra koll på utflödena vid Mars, säger Anders Eriksson på IRF och som också deltagit i studien. ESA:s Mars Express har hittat samma typ av plasma där, men vi kan inte säga om det blåser uppåt eller ligger stilla. Men eftersom vi missat den här typen av flöden på jorden, helt enkelt för att vi inte kunnat mäta dem, så kan de mycket väl finnas på andra planeter också.

Kunde forskarna mäta det skulle det hjälpa dem förstå hur atmosfärer fungera. Det skulle vara viktigt även i andra perspektiv.

– Att förstå hur jordens atmosfär utvecklas är viktigt för att få mer kunskap om atmosfärer som är gynnsamma för liv, säger Erik Engwall.

"Mätfel" från Cluster blev ny mätmetod

Runt större delen av jorden hålls plasmat på plats av de geomagnetiska fältlinjerna i den så kallade plasmasfären.

Upptäckten gjordes när Uppsalaforskarna försökte förstå varför det mätinstrument de byggt till Clustersatelliterna tycktes ge felaktiga resultat i rymden ovanför jordens poler.

– Där vi väntade oss att hitta svaga elektriska fält såg vi till vår förvåning alldeles för starka fält i en riktning som helt enkelt är omöjlig, säger Anders Eriksson, som ansvarar för driften av instrumentet.

Erik Engwall visade med hjälp av datorsimuleringar att de konstiga mätningarna kunde förklaras av att satelliterna befann sig i en vind av elektriskt laddade partiklar som strömmar ut från jordens polarområden. Det gjorde att forskarlaget kunde förvandla det förargliga "mätfelet" till en metod att mäta polarvinden betydligt längre bort från jorden än tidigare.

– I dessa områden har polarvinden förut varit helt osynlig och vår metod har därför gett oss många nya insikter, säger Erik Engwall.

Cluster är ett av den europeiska rymdstyrelsen ESA:s hörnstensprojekt, med fyra satelliter i formation som har varit i omloppsbana runt jorden sedan år 2000. Institutet för rymdfysik i Uppsala ansvarar för ett instrument för mätning av elektriska fält på var och en av satelliterna. Den svenska forskningen med Cluster finansieras av Rymdstyrelsen.

Kontaktpersoner:

Erik Engwall, doktorand, Institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet, rik.engwall@irfu.se, 070-765 9566.

Anders Eriksson, forskare, Institutet för rymdfysik, anders.eriksson@irfu.se, 018-471 5945, 070-171 3029.

Rick McGregor, informationsansvarig, IRF, rick.mcgregor@irf.se, 070-276 6020.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.