美国宇航局发射火箭搜寻太空边缘上层大气

　　据美国宇航局（By Miles Hatfield）：一个美国宇航局火箭小组正在寻找我们上层大气中巨大的飓风状漩涡。这些漩涡可能是影响全球的高层大气天气模式的关键。涡旋实验，或称涡旋任务，正准备于2023年3月17日在挪威安岛航天中心发射。

　　如果你曾经站在山顶或高楼之上，你可能会注意到那里的风有多大。建筑师的计划和飞行员的路线都考虑到了高空风，但它们对我们星球的影响远远超出了典型的人类领域。这些风是浮力波的来源:巨大的能量脉冲驱动着地球与太空界面的变化。

　　浮力波是地球上常见的现象。南卡罗来纳州克莱姆森大学物理学教授兼涡度实验(或称涡旋)任务首席研究员杰拉尔德·莱马赫说:“它们可能来自接近风暴前沿，或风袭击山脉并被向上吹去。”当阵风或扰动突然将密度较大的空气向上推到低压区域时，浮力波就会形成，当大气试图恢复平衡时，就会产生振荡。这些振荡导致波远离扰动传播，类似于池塘中的波纹。

　　从太空俯瞰地球，俯瞰海洋上空的云层。在图像的右边，加利福尼亚的西海岸清晰可见。白云在海洋上形成波纹，表示浮力波。浮力波经常在云层中留下“涟漪”，就像美国宇航局的Terra卫星在2020年10月4日拍摄的这张照片中在太平洋上空看到的那样。Credits: NASA Earth Observatory/Joshua Stevens

　　尽管浮力波很常见，但人们对它们在大气高层的影响仍然知之甚少。

　　“从最广泛的意义上来说，这个实验是关于了解太空边缘浮力波的命运，”Lehmacher说。

　　漩涡正在寻找一种特殊的命运:漩涡。随着浮力波向上移动并穿过我们大气层的稳定层，计算机模型显示它们可以形成巨大的空气漩涡。

　　“它们可能变成漩涡——这可能在大气中的任何地方发生，但我们只是没有测量数据，”Lehmacher说。

　　虽然这些漩涡从一边延伸到另一边有几十英里，但它们太大了，无法用传统方法测量。Lehmacher设计了VortEx来克服这个限制，在相距很远的地方测量风。

　　这次任务将使用四枚火箭，一次发射两枚。每对由一个高飞行器和一个低飞行器组成，间隔几分钟发射。高飞行器将在大约224英里(360公里)的高度达到顶峰，将测量风力。低飞行器，达到大约87英里(140公里)的高度，将测量空气密度，这将影响漩涡的形成。两枚火箭将在落回挪威海之前进行几分钟的测量。

　　其中一个火箭有效载荷被运送到挪威安第内斯的发射轨道。鸣谢:美国宇航局

　　为了测量风，高空飞行的火箭将释放像烟花表演中使用的冷云，从地面跟踪它们的运动。大多数这类实验都是从火箭的有效载荷中释放云层。但是为了展开云层以揭示更大规模的模式，VortEx将一次喷射四个子载荷，每个子载荷在释放自己的云之前到达距离火箭大约25英里(40公里)的距离。这将在飞行过程中的四个不同时刻发生，总共有16朵不同高度和距离的云，这将有助于显示大规模的模式。观察这些云的移动，涡旋小组将寻找任何涡旋的迹象。然后，该团队将重复该实验，在不同的天气条件下发射第二对火箭，要么在当晚晚些时候，要么在几天后(取决于条件何时有利)。

　　涡流小组也将从下面观察浮力波。由挪威安德尼斯的安多亚航天中心运营的Alomar天文台拥有必要的地基雷达和成像系统，可以实时探测浮力波。这个地方还有斯堪的纳维亚山脉，从北到南贯穿整个挪威。它们是浮力波的常规来源，因为风冲向山脉，直冲云霄。

　　如果VortEx发现了漩涡，这将是理解高层大气天气的关键一步，高层大气天气会影响GPS导航和通信信号。目前高层大气天气的计算机模型仍然难以解释浮力波的影响。Lehmacher说，漩涡可能是关键，因为它们比浮力波本身更容易预测。

　　“旋涡结构遵循一定的普遍规则，我们可以将它们放入模型中，使它们在这些尺度下工作，”Lehmacher说。"你不用追踪单个的浮力波，而是用一系列的漩涡来描述它们。"