Norsk forskare fannturbulensfattig nisch i atmosfären

av Ragnhild Artimo Forum 1988-12, sida 08-09, 25.08.1988

Taggar: Personer: Tom A Blix Teman: forskning

Norsk forskare fann turbulensfottio

ATMOSFÄREN

NISCH

Turbulens ökar luftmotståndet för trafiken i lägre och högre luftlager. Dr Tom A Blix vid Forsvarets Forskningsinstitutt i Oslo har funnit ett ”nischområde” i den mellersta atmosfären där turbulensintensiteten är låg. Hans rön väntas få stor betydelse för bl a rymdtrafiken och den planerade interkontinental hypersonictrafiken.

ska högskolan i Esbo skyndar ivä till föreläsningar, work shops eller luncher. Framtiden finns i rymden åtminstone för dessa nära tvåtusen forskare från femtio länder. En av dem är Tom A Blix, nybakad doktor, och sedan sex år verksam vid Forsvarels Forskningsinstitutt i Kjeller nordost om Oslo.

Blix har föreläst på COSPAR under rubriken Small Scale Structure and Turbulence Observed in MAP/WINE. Hans i juni granskade avhandling, In situ studies of turbulence in the middle atmosphere by means of electrostatic ion probes, som baserar sig på en lång serie experiment med en vid Fors D eltagarna i COSPAR-mötet på Tekni varets Forskningsinstitutt utvecklad jonsond, gör honom till ovedersäglig expert på ett område som hittills inte kartlagts — höjdområdet 10—100 km (se skiss). Hans forskningsresultat visar vad inga atmosfärmodeller hittills prognosticerat: ett ”turbulenssvagt” område mellan två klart turbulensaktiva skikt.

Atmosfäriskt tabula rasa

Atmosfären nedanför detta område, och likaså högre upp, är relativt grundligt kartlagd vad kemi och dynamik beträffar. Den mellersta atmosfären har emellertid varit relativt okänt område — av forskningstekniska skäl:

Text: Ragnhild Artim — Eksperimentene väre viste at der er et tur bulensminimum på en lavere hayde enn teoriene forutsagt, säger dr Tom A Blix, forskare vid Forsvarets Forskningsinstitutt i Osto, och en av COSPARföreläsarna.

Bilden visar den nyaste versionen av Blix’ elektrostatiska jonsond vars kollektor tack vare negativ spänning attraherar de positivt laddade jonerna, registrerar dem per varje halvmeter under fallet genom atmosfären, och radiosänder data till en markmottagare för senare analys. Raketuppskjutningen och sondens fall genom atmosfären tar ca åtta minuter.

— Den midlere atmosfeere er et av de områder vi har visst minst om, säger dr Tom A Blix. — Det er de lavere og hayere ”platformene” vi har hatt mulighet til å foreta målinger fra. Man kan enten bruke fly — ingen tradisjonelle fly går så hoyt — eller store ballonger, de sterste når opp till omtrent 50 km. Eller kan man bruke satellitter — men de vil bli bremset opp i dette området ganske raskt — en satellitt i bane befinner seg i 200 km eller hoyere, i lavere bane vil den sakte men sikkert trekkes neermere jorda. For å utforske den midlere atmosfeere måtte vi bruke raketter oa som måleinstrument en iong-sonde som vi har utviklet ved avdeling for elektronikk ved instituttet.

12/1988 FORUN

TERMÖSFAR Fe NN

MESOSFAR ET

STRATOSFA |

Uppskjutningarna har skett från raketuppskjutningsfältet på Andeya (Nordens äldsta) i norra Norge. Experimenten med jonsonden har gått ut på att utnyttja de positivt laddade jonerna i atmosfären för att studera tynamiken I luftströmmarna — att använda de positivt laddade partiklarna som ”spårämne” på samma sätt som man i medicinen använder radioaktiva isotoper i diagnostik.

— Det var min lobbleder professor Eivind Thrane som kom på konseptet å bruke adede partikler, ioner, for å studere den ngytrale atmosferen. De ladede partiklene er i mindretall i forhold til de neytrale partikene; typisk er det over en rrillion flere neyrale partikler I dette heydeområdet. De positivt ladede partiklene er tunge I forhold til elektroner, og falger derfor med i bevegelserne til de neytrale partiklene. Ved å måle mengden av ioner kan man beregne turbuensens styrke I dette hoydeområdet. lonesonden registrerer under sin 8 minutter ange ferd ”ione-tettheten” hver halvmeter.

Fjällmassiv skapar vågor yckelmålsättningen i det forskningsarbete Blix och teamet vid FFI har utfört var att studera turbulensnivån i den mellersta atmosfären och undersöka eventuella samband mellan tyngdvågor (tyngdebalger) och de observerade turbulenserna.

— Det finnes flere kilder til tyngdebalgene. Den viktigste er den vind som blåser over fjellmassiv og setter opp ett balgemönster som forplanter seg i hayden. Når belgerne bryter og flipper over — omtrent som belger mot en strand — puttes energien fra belgene inn i atmosfeeren og skaper turbulens. Turbulensen avtar fra ca. 60 kilometers hayde og når et minimum 70-—85 km over bakken, deretter aker turbulensen. Tidligere teorier forutsa også et slikt minimum, men i en heyde av 90—100 km.

I sin avhandling framlägger Blix en matematisk modell för beräkning av turbulensvariationerna i atmosfärområdet 60—150 km över marknivå. v — Allt vi kan finne ut om den midtere atmosfeere er til stor hjelp bl a for å beregne den påkjenningen romfartayer utsettes for når de vender tillbake og bremses opp i dette område. Området vil også bli aktuellt för fremtidens flytrafikk — tor de hypersoniske flygene og romflyene, for eksempel det engelske HOTOLprosjektet. vänd

FÖRUN, 12/1988

HÖR

TURBULENS I DE

en midlere atmosfere er heydeomD rådet 10—100 km over jordoverfla ren, og danner et interessant grensesjikt mellom v&ersonen ner bakken og det interplanetare rom. Denne delen av atmosfeeren er ennå lite utforsket, men man vet at området har stor betydning for jordatmosferens strålings- og varmebalanse. Et karakteristisk trekk ved den midlere atmosfre er at dynamiske prosesser, som vind, belger og turbulens, spiller en viktig rolle, og at små mengaer fotokjemisk aktive sporstoffer kan ha avgjorende innflytelse på atmosferens tilstand. Eksempler på slike stoffer er oson, vanndamp, nitrogenoksyder og det svakt ioniserte plasmaet i den elektrisk ledende ionosfeeren.

Utforskningen av den midlere atmosfere er dessuten viktig siden romfarteyer på vei inn I atmostferen blir blir bremset opp i dette heydeområdet. Studier av den lavere ionosfere er også viktige for forståelsen av radiobelgeutbredelse, og dermed for samband og navigasjonssystemer som baserar seg på signaler som reflekteres fra eller trenger gjennom ionosfeeren.

I lepet av de seneste ti år har observasjoner og modellsimuleringer vist at turbulens (hvirvling) kan ha avgjerende betydning og innflytelse på tilstanden I den midlere atmosfaere, Torn Å. Blix avhandling In situ studies of turbulence in the middle atmosphere by means of electrostatic ion probes har tatt sikte på å bestemme styrken av turbulens i dette heydeområdet med så stor nayaktighet som mulig og samtidig verifisere eksisterende teorier for kilden tik den turbulens man observerer. Dette har veert gjort ved å bruke positivt ladede partikler (ioner) som

DLERE AIMÖOSFAR sporstofter for bevegelser i den neytrale atmosfaeren. Et instrument (ionesonde) som er i stand til å måle variasjoner i tettheten av positive ioner med en neyktighet bedre en 01 90 har blitt utviklet ved Forsvarets Forskningsinstitutt.

Totalt er 23 ionesonder skutt opp fra Andeya Rakettskytefelt i Nordland som en del av utforskningen av den midlere atmostfeere: En metode för beregning av turbulensens styrke og virkning har blitt utviklet og senere anvendt på målingene fra ionesondene, Det mest karakteristiske og overraskende ved resultatene er oppdagelsen av et minimum I den turbulente aktiviteten i heydeområdet 70—85 km som eksisterende atmosfeeremodeller ikke er i stand til å forutsi. Avhandlingen vil derfor kunne bidra til å forandre/forbedre disse modellene.

Kilden til den turbulens som observeres i den midlere atmosfare har vert livlig debatert de siste årene. Eksisterende teori forutsier at den mest aktive genereringsmekanismen er balger som bryter, i neer analogi med bealger mot en strand, og dermed mister noe av sin energi. Denne energien går så med til å danne turbulens. Avhandlingen bekrefter at en slik mekanisme eksisterer. Dette er av stor betydning for det videre arbeid med förståelsen av den midlere atmosferes dynamikk.

Miljeer i utlandet, bl.a, Vestiyskland og USA, som arbeider på observasjon såvel som teorisiden har vist interesse for avhandlingens resultater og et samarbeid med ledende teoretikere i USA er etablert for å viderefare det arbeid som er påbegynt. L år egen planet Tellus och speciellt växthusfenomenet kommer att bli det viktigaste området för världens rymdforskare i början av 1990-talet. Detta kom rymdrforskarna överens om vid COSPAR-konferensen i Esbo i juli. COSPAR-konferensen är det mest betydande möte som arrangeras för världens ledande rymdtorskare. Konferensen anordades nu för första gången i ett nordiskt land. je Forskarna beslöt enhetligt att huvudforskningstemat för det internationella rymdåret 1992 skall bli det s k växthusfenomenet, som innebär att den tilltagande halten koldioxid i atmosfören bil«dar ett hölje runt jorden. Fenomenet kan få oanat svåra konsekvenser för klimatet nere på jorden. Projektet blir en del av programmet Global Change, som har som uppgift att övervaka polarissmältningen, iordtemperaturhöjningen, ändringar i havsströmmar och nederbördsmängder & olika delar av klotet

COSPAR: Jorden viktigast «för 90-falets rymdforsknin Övervakningen sker med hjälp av satelliter. N

Avsikten är att kalibrera och kombinera den satellitinformation som idag finns om jordklotets tillstånd. Senare när nya fjärrkarteringssatelliter skickas upp i rymden, kommer Globat Change programmet att’ expanderas.

Från Finlands sida har framförts förslag om att utveckla ett ozonmätinstrument, som kunde användas till att mäta ozonmängden från troposfären till stratostären. Detta instrument skulle installeras i Polar Platform-satelliten, som beräknas bli uppskjuten år 1997. För utforskningen av polarområdena finns ett flertal satellitprojekt på gång. De är tidslagda till mitten av nästa decennium.

I samband med Hbnferensen arrangerades även en utställning, där det internationella Phobos-projektet på grund av sin aktualitet tilldrog sig stort intresse.

Konferensen samlade 1500 forskare från 50 länder.” BN 6