Новый алгоритм радара обнаруживает скрытый танец ионосферной плазмы

Исследователи собрали изображения эхо-локаций или структур, содержащих плазменную турбулентность в тонкой ионосферной плазме на высоте около 110 километров (68 миль) над поверхностью Земли. Каждое изображение было сделано прямо вверх к небу, а яркий белый свет, видимый в верхней части некоторых кадров, исходит от Луны. Автор: Magnus Ivarsen/TREx RGB

Ночью заряженные частицы от солнца, пойманные магнитосферой Земли, падают в атмосферу. Ударные частицы вырывают электроны из атомов в атмосфере, создавая одновременно красоту и хаос. Эти высокоэнергетические взаимодействия вызывают северное и южное сияние, но они также рассеивают радиосигналы, нанося ущерб наземным и спутниковым коммуникациям.

Ученые хотели бы отслеживать электрическую активность в ионосфере, измеряя распределение плазмы — формы, которую принимает материя, когда положительные ионы отделяются от своих электронов, — чтобы лучше предсказать, как электромагнитная энергия повлияет на коммуникации.

Но анализ плазмы в ионосфере является сложной задачей, поскольку ее распределение быстро меняется, а ее движения часто непредсказуемы. Кроме того, физика столкновений делает обнаружение истинного движения в нижней ионосфере чрезвычайно сложным.

Используя набор данных из радиолокационной системы ICEBEAR (Ionospheric Continuous-wave E region Bistatic Experimental Auroral Radar), Магнус Иварсен и его коллеги применили новый алгоритм, который может обнаруживать кластеры радиолокационных эхо-сигналов, указывающих на плазменные структуры размером до метра в поперечнике, и отслеживать их движение в ионосфере. По движению этих структур исследователи могут делать выводы о свойствах электрического поля, вызывающего их движение.

Исследователи протестировали свою систему, используя данные за те дни, когда ионосферную активность было трудно анализировать с помощью обычных методов. Результаты согласуются с результатами одновременных измерений спутников на низкой околоземной орбите, которые в настоящее время предлагают один из немногих способов понимания этих высокоэнергетических взаимодействий. Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Объединение данных высокого разрешения ICEBEAR с новым алгоритмом позволяет отслеживать движение всплесков электрического поля, заключают исследователи. Однако они отмечают, что некоторые из этих всплесков могут быть слишком быстрыми или локализованными для обработки алгоритмом, поэтому дальнейшее совершенствование техники для выявления паттернов с большей детализацией является естественным следующим шагом.

Результаты могут помочь ученым предсказать, когда и как будут нарушены коммуникации. В сочетании с методами компьютерного зрения они также могут помочь ученым разработать методы коммуникации, устойчивые к электромагнитной активности в космосе.

Больше информации: Magnus F. Ivarsen et al, Deriving the Ionospheric Electric Field From the Bulk Motion of Radar Aurora in the E‐Region, Journal of Geophysical Research: Space Physics (2024). DOI: 10.1029/2024JA033060

Источник: American Geophysical Union