极性电离层中的血浆不规则可以扭曲GPS信号

Aurora Borealis通过船队30船上乘坐国际空间站。2012年2月7日从加拿大西部到伊利诺伊州西南部的北太平洋传递给GM​​T到2012年2月7日至10:03:59

NASA射流推进实验室和新不伦瑞克大学科学家的新研究看着电离层的不规则性，比较了极度区域的湍流，以较高的纬度地区。

当您不知道如何到达一个陌生的地方时，您可能依靠智能手机或其他设备，其中包含全球定位系统（GPS）模块进行指导。您可能没有意识到，特别是在我们的行星上的高纬度地区，GPS卫星与您的设备之间行驶的信号可能会在地球的高层大气中变得扭曲。

美国宇航局喷气机推进实验室的研究人员，加利福尼亚州帕萨迪纳与加拿大新不伦瑞克大学合作正在研究电离层的违规行为，该大气的一部分以217英里（350公里）在地面上方定义，定义了边界地球和空间。电离层是称为等离子体的带电粒子（电子和离子）的壳，其由太阳辐射和能量颗粒撞击产生。

在Geophysical Research字母期刊出版的新研究比较了极光区域的湍流，在较高的纬度地区，并获得了对电离层中紊乱的影响可能具有影响的洞察力。天空中的极光是壮观的多彩多姿的光芒，主要发生在从磁层驱动的能量粒子，围绕地球的保护磁气泡，撞到其下方的电离层。极光区域是极性帽外的高纬度的窄椭圆形带，这是地球磁极周围的区域。本研究专注于北半球的大气。

“我们希望探索近地区等离子体，并找出有多大的等离子体违规行为如何干扰GPS播出的导航信号，”斯塔斯Shume说。Shume是JPL和帕萨迪纳加州技术研究所的研究员，以及该研究的主要作者。

如果您认为电离层作为流体，则不规则性包括高密度电离区域附近的较低密度（气泡）的区域，从而产生更且较小的电离的丛的作用。这种“泡沫”可以干扰包括来自GPS和飞机的无线电信号，特别是在高纬度地区。

血浆中违规行为的大小使研究人员有关他们的原因的线索，这有助于预测它们何时何地发生。更多的湍流意味着对无线电信号的干扰较大。

“关键发现之一是，与极地帽相比，极光区中有不同种类的不规则性，”奥尔瑟·曼纽奇，国际钢板的主管和大气遥感群体的主管。“我们发现对无线电信号的影响将在这两个位置不同。”

研究人员发现，北极极帽上方的异常较小 - 比在极光区域中的约0.62至5英里（1至8公里），直径为0.62至25英里（1至40公里）。

为什么差异？正如Shume所解释的那样，极性帽连接到截然间隔空间的太阳能颗粒和电场。另一方面，极光区域连接到地球磁层中的能量粒子，其中磁场线在地球周围靠近。这些是解释这两个地区不同动态的重要细节。

研究电离层中的违规性，研究人员使用2013年9月推出的加拿大航天局卫星级族卫星级级卫星级联小型和电离层极地探险家（Cassiope）的数据。卫星覆盖了高纬度地区的整个区域，使其成为探索电离层的有用工具。

这些数据来自Cassiope的一个乐器，看起来像浏览电离层一样看GPS信号。该仪器由新不伦瑞克大学的研究人员构思。

“这是第一次从空间完成的成像，”Attila Komathy，JPL主要调查员和该研究共同作者说。“在之前没有人观察到这种尺寸的电离层的尺寸。”

该研究具有许多应用。例如，飞越北极的飞机依靠与地面的稳固通信; Mannucci说，如果失去这些信号，可能需要改变飞行路径。无线电望远镜也可能会影响来自电离层的畸变;了解效果可能导致天文学更准确的测量。

“当这些违规行为爆发并变大时，它会导致很多经济影响，”他说。

美国宇航局的深度空间网络，轨道和航天器沟通，受电离层的影响。Komjathy和同事还致力于减轻和纠正这些扭曲DSN。它们可以使用GPS测量电离层引起的信号的延迟，然后将该信息中继到正在使用DSN的跟踪数据的航天器导航。

“通过了解干扰的幅度，航天器导航员可以减去电离层的变形，以获得更准确的航天器位置，”Mannucci表示。

研究中的其他作者是Richard B.兰德利的大学新不伦瑞克，弗雷德里克顿，新不伦瑞克，加拿大;和奥尔加格利多瓦娃和标记D. jpl的丁塔拉。研究资金来自华盛顿州NASA的科学任务局。帕斯达纳加州技术研究所的宣言，管理NASA的深空网络。

出版物：E. B. Shume等，“从GPS无线电掩星推断出极性电离层中的中间血浆差异，”地球物理研究字母，2015; DOI：10.1002 / 2014GL062558

图像：NASA / JSC.