Científicos japoneses han creado el primer conjunto de datos a largo plazo sobre toda la atmósfera de la Tierra, extendiéndose hasta el espacio.
Esperan que el proyecto ayude a arrojar luz sobre algunos procesos poco explorados que tienen lugar dentro de la capa gaseosa de nuestro planeta, incluido el magnífico aurora boreal.
Algunas partes de la atmósfera de la tierra se estudian continuamente con increíble detalle. Por ejemplo, millones de estaciones meteorológicas en todo el mundo, cientos de globos meteorológicos e innumerables aviones proporcionan mediciones diarias de toda la troposfera, la región más baja de la atmósfera. Los globos también llegan a la parte inferior de la estratosfera, la capa que se encuentra encima de la troposfera. La cantidad de datos generados por estas mediciones es tan alta que hace que los modelos meteorológicos computacionales modernos sean casi infalibles.
Sin embargo, si miramos un poco más arriba, la historia es completamente diferente. La mesosfera, la capa de aire escaso sobre la estratosfera que llega casi a el borde del espacioes en gran medida un completo desconocido. Se sabe tan poco sobre los procesos en la mesosfera que a la región a veces se la llama «ignorosfera». Este vacío en nuestro conocimiento es el resultado de la inalcanzabilidad de la ignorarosfera: es demasiado alta para los globos estratosféricos y, en general, demasiado baja para los instrumentos de los satélites en órbita terrestre baja para explorar.
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Un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio intentó resolver el problema mediante modelos informáticos. Tomaron las raras mediciones disponibles de parámetros meteorológicos en la ignorarosfera, obtenidas sondeando cohetes e instrumentos de radar y lidar terrestres, y los introdujeron en un nuevo sistema de asimilación de datos que habían desarrollado anteriormente. La asimilación de datos es una técnica que combina el modelado con observaciones directas para predecir la evolución de un sistema. Luego se ordenó al sistema que reconstruyera lo que podría estar sucediendo dentro de la mesosfera para completar los espacios en blanco.
Los investigadores japoneses utilizaron el modelo para generar datos de 19 años que abarcan la evolución de toda la atmósfera hasta una altitud de 110 kilómetros (68,4 millas). Luego utilizaron mediciones adicionales de vientos mesosféricos obtenidas por radar terrestre para verificar algunos parámetros del modelo y ganar confianza en sus resultados.
El conjunto de datos cubre el período comprendido entre septiembre de 2004 y diciembre de 2023 y permitirá a los investigadores explorar y modelar algunos de los misteriosos fenómenos que tienen lugar en altitudes más altas, incluida la fascinante aurora boreal y su contraparte de las antípodas, la aurora australis.
«Para la troposfera y la estratosfera, tenemos muchos datos, y el modelado numérico para esta región es casi perfecto», dijo a Space.com Kaoru Sato, profesor de física atmosférica en la Universidad de Tokio e investigador principal detrás del proyecto. «En la región anterior, los modelos no funcionan tan bien porque no tienen datos precisos de las condiciones iniciales. Nuestro conjunto de datos puede proporcionar eso».
La ignorarosfera es la región atmosférica donde muchos efectos relacionados con clima espacial ocurrir. Cuando ráfagas de partículas cargadas de el sol Cuando golpean nuestro planeta, se mezclan con los gases finos que se encuentran muy por encima de la Tierra, excitando las moléculas de aire. Mientras eso sucede, las moléculas emiten el fascinante brillo que podemos observar en la Tierra como las auroras. Pero hay otros efectos menos visibles que el clima espacial tiene en la atmósfera.
«Las partículas solares de alta energía pueden cambiar la química del ozono y alterar la capa de ozono«, dijo Sato. «También sabemos que el fenómeno de la aurora puede crear lo que llamamos ondas de gravedad, que luego se propagan hacia abajo en la atmósfera».
Ondas de gravedad (no confundir con las ondas gravitacionales producidos por colisiones de agujeros negros, entre otros encuentros dramáticos) son vórtices que ocurren en toda la atmósfera. Transportan energía por todo el mundo, afectando así los patrones climáticos. Sin embargo, hasta ahora los modeladores climáticos no han podido comprender los efectos de las ondas de gravedad que ocurren en altitudes más altas.
«Nuestro conjunto de datos proporciona condiciones iniciales en muy alta resolución para el modelo de circulación general de la atmósfera», dijo Sato. «Así, nos permite simular ondas de gravedad en toda la atmósfera, desde la superficie hasta el borde del espacio».
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Los datos también ayudarán a los investigadores a modelar mejor cómo los procesos en la atmósfera inferior afectan la ionosfera, la parte de la atmósfera por encima de altitudes de 80 kilómetros (50 millas), donde las partículas gaseosas son ionizadas constantemente por la viento solar. Sato dijo que las ondas atmosféricas, incluidas las ondas de gravedad y los maremotos a escala global, afectan la dinamo ionosférica, un proceso que genera una corriente eléctrica alrededor del planeta a través de la interacción entre las líneas del campo magnético de la Tierra y los movimientos del aire ionizado de la ionosfera.
Hay otros misterios que los investigadores esperan que su conjunto de datos ayude a descifrar; por ejemplo, el extraño fenómeno conocido como acoplamiento interhemisférico, observado por primera vez a finales de la década de 2000. El acoplamiento interhemisférico es una supuesta conexión entre la mesosfera antártica y la estratosfera ártica, en la que raras nubes de gran altitud aparecen y desaparecen regularmente al mismo tiempo, generalmente en el mes de enero, dijo Sato.
«Si queremos entender los mecanismos detrás de este acoplamiento interhemisférico, necesitamos datos», dijo Sato. «Nuestro conjunto de datos puede proporcionar información muy valiosa para abordar este acoplamiento».
un papel La descripción del trabajo realizado por el equipo japonés se publicó en la revista Progress in Earth and Planetary Science el 10 de enero.
