Atmosfera Ziemi to bardzo skomplikowany system składający się z kilku różniących się od siebie wieloma cechami warstw. Chodząc po Ziemi znajdujemy się w troposferze, która rozciąga się od powierzchni Ziemi do wysokości około 12 kilometrów. Zważając na to, że większość samolotów pasażerskich lata na wysokości od 9 do 11 kilometrów można śmiało założyć, że z wyłączeniem astronautów, pilotów myśliwców wojskowych, turystów kosmicznych oraz Filipa Baumgartnera ludzkość spędza całe swoje życie w troposferze. Kolejną warstwą, znajdującą się na wysokości od 12 do 50 kilometrów jest stratosfera. Nad nią, przez kolejne 35 kilometrów znajduje się mezosfera. Z tego przedziału nie widać już w górze błękitnego nieba, a czerń kosmosu wypełnioną gwiazdami. Spojrzenie w dół pozwala natomiast dostrzec błękitną wstęgę atmosfery nad Ziemią. W końcu nad mezosferą znajduje się jonosfera, którą można podzielić na termosferę (85-500 km) oraz egzosferę (500-2000 km). W tej ostatniej zasadniczo panuje już bardzo wysoka próżnia, więc ją pominiemy i skupimy się na tym, co się dzieje w termosferze, bo dzieje się tam naprawdę sporo ciekawych rzeczy.
Choć na powierzchni Ziemi, w troposferze, tego nie odczuliśmy, to jak donoszą naukowcy w marcu temperatura termosfery osiągnęła najwyższą wartość od niemal dwudziestu lat. To nietypowe zdarzenie jest skutkiem silnych burz geomagnetycznych wywołanych przez rosnącą aktywność na powierzchni Słońca.
Trwający obecnie 25. cykl aktywności słonecznej, który zaczął się w minimum aktywności w grudniu 2019 roku jest dość nietypowy. Choć naukowcy przewidywali, że maksimum aktywności osiągnie dopiero w 2025 roku, to heliofizycy obserwują tak dużo plam słonecznych, burz magnetycznych, rozbłysków słonecznych i koronalnych wyrzutów masy, że część z nich przewiduje, że szczyt aktywności może pojawić się znacznie szybciej, możliwe, że nawet pod koniec 2023 roku.
Czytaj także: Aktywność Słońca ma większy wpływ na pogodę, niż sądziliśmy
NASA mierzy temperaturę termosfery już od ponad dwudziestu lat. Pomiarów dokonuje się w oparciu o ilość promieniowania podczerwonego emitowanego przez cząsteczki dwutlenku węgla i tlenku azotu w termosferze. Dane te następnie przekładane są na indeks klimatu termosfery (TCI, ang Thermosphere Climate Index), który wyraża się w terawatach.
10 marca 2023 roku wartość TCI osiągnęła 0,24 TW. Choć sama liczba nic nie mówi, to naukowcy zwracają uwagę, że po raz ostatni taką wartość zarejestrowano 28 grudnia 2003 roku.
Wzrost temperatury wiązany jest bezpośrednio z trzema burzami geomagnetycznymi, jakie miały miejsce w otoczeniu Ziemi w pierwszych dwóch miesiącach roku. Spowodowane były one obłokami plazmy wyrzuconej ze Słońca w tzw. koronalnych wyrzutach masy. Energia z tych obłoków transferowana jest do termosfery i skutecznie ją ogrzewa.
Warto tutaj zwrócić uwagę, że plazma ze Słońca rozgrzewa termosferę, natomiast emisja promieniowania podczerwonego przez dwutlenek węgla i tlenek azotu z powrotem w przestrzeń ją ochładza. Problem jednak pojawia się, gdy po jednej burzy geomagnetycznej pojawia się następna i następna. Temperatura termosfery w takiej sytuacji utrzymuje się na wysokich poziomach. Warto zwrócić uwagę także na to, że astronomowie opisali skutki burz magnetycznych ze stycznia i lutego. Tymczasem od tego czasu pole magnetyczne Ziemi wzburzane było jeszcze co najmniej dwa razy, raz pod koniec marca i raz pod koniec czerwca. Możliwe zatem, że temperatura termosfery nadal jest niezwykle wysoka.
Satelity nie lubią ciepłej termosfery
Jakieś tam delikatne wariacje temperatury na wysokości kilkuset kilometrów zasadniczo nie wydają się dla nas przesadnie groźne. Operatorzy satelitów jednak nie mogą już powiedzieć tego samego.
Wzrost temperatury w danej warstwie atmosfery sprawia, że zwiększa ona swoją grubość. To z kolei oznacza, że “ciepła” termosfera sięga wyżej niż chłodna. Tak się składa, że w górnych warstwach termosfery znajdują się już satelity okrążające Ziemię na niskiej orbicie oraz liczne śmieci kosmiczne.
Im wyżej sięga termosfera, tym więcej tworzących ją cząsteczek znajduje się na wyższych wysokościach. Znajdujące się tam satelity muszą mierzyć się zatem z większym oporem aerodynamicznym. Cząsteczki atmosfery skutecznie wyhamowują satelity i sprowadzają je w głębsze warstwy atmosfery, gdzie mogą one trafić tak nisko, że… spłoną w atmosferze przedwcześnie kończąc swoją misję.
Górne granicy termosfery wraz ze zmianami temperatury bezustannie podlegają fluktuacjom. Oczywiście, jeżeli jest taka możliwość, przy wzroście temperatur, warto podnieść orbitę satelitów, aby uniknęły przedwczesnego końca. Informacje o wzroście temperatur jednak czasami przychodzą zbyt późno.
Temperatura termosfery rośnie, czy spada?
Odpowiedź na to pytanie nie jest wcale taka prosta. Owszem, aktualnie notujemy wzrost temperatury, jednak długofalowo prognozowane są spadki. Wynika to z tego, że zmiany klimatyczne powodowane przez człowieka na powierzchni Ziemi sprawiają, że do termosfery trafia coraz więcej dwutlenku węgla. Im więcej CO2, tym więcej cząsteczek jest w stanie reemitować ciepło w przestrzeń kosmiczną w postaci promieniowania podczerwonego, skuteczniej ochładzając termosferę. Jak jednak ten proces będzie wyglądał w najbliższych latach i dekadach? Trudno określić. My możemy spać spokojnie, operatorzy satelitów muszą uważnie śledzić prognozy pogody termosferycznej.