NASA dezvăluie secretele norilor metalici care perturbă undele radio

La marginea spațiului cosmic, mult deasupra Pământului, plutesc voaluri subțiri de ceață metalică. Cunoscute sub numele de straturi sporadice E, acești „nori” de mare altitudine se formează din praful vaporizat al meteorilor care ard în atmosferă. Numele lor provine din modul imprevizibil în care apar și apoi se disipă, reprezentând o provocare constantă pentru specialiștii în comunicații. Recent, noi rezultate obținute de o rachetă de sondare a NASA — un vehicul de cercetare suborbital — care a trimis simultan cinci detectori printr-un astfel de strat, au dezvăluit pentru prima dată o complexitate neașteptată a acestor structuri.

Deși sunt invizibile pentru ochiul liber, straturile sporadice E își fac simțită prezența prin impactul asupra semnalelor radio pe care ne bazăm pentru comunicațiile la distanță lungă. Atunci când sunt prezente, aceste straturi pot face ca semnalele să ricoșeze în direcții neașteptate, transformând tehnologia modernă într-una temporar nesigură. Oamenii de știință au căutat mult timp o înțelegere mai profundă a acestor nori care perturbă undele radio, dar până recent, aceștia fuseseră eșantionați doar printr-o singură secțiune îngustă la un moment dat.

Misiunea SpEED Demon și tehnologia multi-punct

Racheta, numită „Sporadic E Electrodynamics Demonstration” (sau SpEED Demon pe scurt), a fost lansată de la facilitatea NASA Wallops Flight Facility din Virginia pe 24 august 2022. Aceasta a demonstrat prima vizualizare concurentă, din mai multe puncte, a interiorului unui strat sporadic E. Rezultatele, obținute de o echipă condusă de Embry-Riddle Aeronautical University, au fost descrise într-un nou studiu publicat în Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Straturile sporadice E se formează în ionosferă, o regiune a atmosferei superioare care începe la aproximativ 60 de kilometri altitudine, unde gazele neutre încep să se transforme în plasmă sau gaz ionizat. Unele dintre particulele de acolo provin de la meteori, care lasă în urmă urme de fier, magneziu și alte metale. Aceste metale se adună ocazional în foi dense, asemănătoare unor nori, care reflectă undele radio.

„Straturile sporadice E sunt, într-un sens, oglinzi gigantice de unde de radiofrecvență pe cer”, a declarat Aroh Barjatya, investigatorul principal al misiunii și profesor de inginerie fizică la Embry-Riddle din Daytona Beach, Florida. Atunci când se formează un astfel de strat, semnalele destinate să călătorească spre spațiu pot ricoșa înapoi spre sol. Controlorii de trafic aerian și utilizatorii de radio maritim pot recepționa transmisii îndepărtate ca și cum ar fi în apropiere, iar radarele care scanează dincolo de orizont pot înregistra așa-numitele „fantome” sau ținte false.

Impactul asupra GPS-ului și tehnologiei cotidiene

Efectele acestor fenomene ajung și la tehnologia de zi cu zi. „Cea mai mare sursă de eroare în sistemul GPS de pe telefonul tău, de exemplu, provine din plasma din ionosferă, iar straturile sporadice E pot contribui la această incertitudine”, a explicat Henry Valentine, autorul principal al studiului, care a realizat cercetarea la Embry-Riddle și este acum cercetător la Laboratorul de Cercetare Navală al SUA.

Deoarece straturile sporadice E plutesc la aproximativ 100 de kilometri înălțime — prea sus pentru baloanele meteorologice și prea jos pentru sateliți — și se formează imprevizibil, ele au fost mult timp domeniul rachetelor de sondare. Acestea pot fi lansate într-un timp scurt pentru a surprinde fenomenul în desfășurare. Totuși, o singură rachetă urmează o singură cale, luând măsurători doar de-a lungul unei linii. Barjatya compară situația cu vizualizarea unei scene printr-o crăpătură într-un perete: poți observa doar ce se întâmplă de-a lungul acelei fante înguste, pierzând contextul crucial a ceea ce se petrece la stânga sau la dreapta.

De la o crăpătură la un „gard de țăruși”

Misiunea SpEED Demon a schimbat această paradigmă. A fost prima misiune care a desfășurat sonde ejectabile, numite dropsonde, în interiorul unui strat sporadic E. Odată ajunsă în interior, racheta a eliberat patru dropsonde care s-au îndepărtat de sarcina utilă principală și una de cealaltă, fiecare măsurând plasma de-a lungul propriei traiectorii și transmițând datele către stațiile de la sol. Împreună cu sarcina principală, sondele au eșantionat stratul în total în cinci locuri în același moment.

„Acum, cu senzori multipli, am transformat acea crăpătură într-un gard de țăruși”, a spus Barjatya. Datele au dezvăluit o complexitate surprinzătoare. În loc să fie o „clătită” netedă și densă de particule metalice, stratul prin care a zburat SpEED Demon a apărut neuniform și structurat, modelat de vânturile turbulente care se mișcă prin aerul neutru din jurul său.

„De multe ori te gândești la stratul sporadic E ca la un singur strat ascuțit de densitate, dar ceea ce am văzut noi este că acesta interacționează cu vântul neutru și cu aceste turbulențe atmosferice rotitoare”, a spus Valentine. „Mai degrabă decât o clătită plată, este mai aproape de o ruladă cu scorțișoară”.

Noi descoperiri și perspective de viitor

Pe drumul de coborâre, stratul s-a divizat chiar în două vârfuri distincte. Echipa a constatat că forma era consistentă cu modulația produsă de undele Kelvin-Helmholtz, instabilitatea sub formă de valuri care produce modele de valuri ce se sparg în norii obișnuiți. Deoarece zborul nu a putut măsura direct vânturile locale și câmpurile electrice, cercetătorii sunt precauți și numesc explicația undelor Kelvin-Helmholtz ca fiind plauzibilă, nu confirmată.

Misiunea SpEED Demon a fost concepută ca o demonstrație tehnologică — un test pentru a vedea dacă tehnica dropsondelor va funcționa. Succesul a fost imediat, iar echipa a aplicat deja strategia în alte misiuni. Echipa lui Barjatya a folosit o abordare similară pentru a lansa rachete în timpul eclipselor solare din octombrie 2023 și aprilie 2024, studiind modul în care întunericul brusc perturbă atmosfera superioară.

În iunie 2025, cercetătorii au lansat succesorul direct al misiunii, numit SEED (Sporadic-E ElectroDynamics), din Atolul Kwajalein din Insulele Marshall, pentru a studia aceste straturi la latitudini mai joase. Rezultatele acelor misiuni sunt în curs de pregătire pentru publicare. După ani de studiu, straturile sporadice E nu mai sunt la fel de imprevizibile ca odinioară, având o sezonalitate marcată de o apariție maximă în timpul verii locale. Comunitatea științifică se află acum în etapele finale ale înțelegerii depline a acestor oglinzi gigantice de radiofrecvență de pe cer.