ให้ความรู้เกี่ยวกับจรวด

Irfan Azeem นักฟิสิกส์อวกาศจาก Astra LLC ในเมืองหลุยส์วิลล์ รัฐโคโลราโด และผู้ตรวจสอบหลักของภารกิจ Super Soaker กล่าวว่า "นี่เป็นครั้งแรกที่มีการทดลองว่าการก่อตัวของเมฆในชั้นบรรยากาศมีโซสเฟียร์เชื่อมโยงโดยตรงกับการทำให้ไอน้ำเย็นลง" โครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก NASA ชื่อ Super Soaker เกี่ยวข้องกับการเปิดตัวกระป๋องบรรจุน้ำประมาณ 50 แกลลอนขึ้นไปบนฟ้าเพื่อสร้างเมฆมีโซสเฟียร์ขั้วโลกเทียมในคืนวันที่ 25-26 มกราคม 2018 ตรวจพบเรดาร์เลเซอร์บนภาคพื้นดิน (lidar) เมฆที่ก่อตัวขึ้น 18 วินาทีหลังจากปล่อยน้ำออกไป 50 ไมล์เหนือศีรษะ ภาพถ่ายไทม์แลปส์จับภาพยาน Super Soaker ที่เปิดตัวในวันที่ 25-26 มกราคม 2018 จรวด 3 ลูกที่เปิดตัวพร้อมกับภารกิจ 2 ลูกใช้เครื่องติดตามไอน้ำเพื่อติดตามการเคลื่อนที่ของลม และอีก 1 ลูกปล่อยกระป๋องน้ำเพื่อหว่านเมฆมีโซสเฟียร์ที่ขั้วโลก ลำแสงเลเซอร์สีเขียวที่ด้านบนซ้ายมองเห็นได้คือลำแสง LIDAR ที่ใช้ในการวัดเมฆเทียม ผลการทดลองของ Super Soaker ได้รับการตีพิมพ์ในเดือนนี้ในวารสารJournal of Geophysical Researchในบทความที่เขียนโดย Richard Collins ผู้อำนวยการของ University of Alaska Fairbanks Graduate School และศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์บรรยากาศที่ Geophysical Institute ร่วมกับ Azeem และทีมงาน นักวิทยาศาสตร์จากทั่วสหรัฐอเมริกา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของสถาบันธรณีฟิสิกส์ Jintai Li และ Jennifer Alspach ผู้พัฒนาระบบ Lidar สำหรับโครงการและเข้าร่วมในการทดลอง เป็นหนึ่งในผู้เขียนร่วม 10 คนของบทความนี้ Mikayla Grunin นักศึกษาระดับปริญญาตรีทำงานร่วมกับ Li เพื่อพัฒนาระบบ Lidar ระบบหนึ่ง การทดลอง Super Soaker แสดงให้เห็นว่าไอน้ำมีส่วนช่วยในการก่อตัวของเมฆในบรรยากาศชั้นบนในสองวิธี: โดยทำให้อากาศชื้นขึ้นและทำให้อากาศเย็นลง การทำความเย็นที่ขับเคลื่อนด้วยความชื้นนี้แตกต่างจาก "ปรากฏการณ์เรือนกระจก" ที่ร้อนขึ้นซึ่งไอน้ำทำให้เกิดในระดับต่ำสุดของชั้นบรรยากาศ - โทรโพสเฟียร์ ไอน้ำที่เพิ่มขึ้นมาจากก๊าซมีเทนซึ่งมนุษย์ผลิตขึ้นในปริมาณที่เพิ่มขึ้น ก๊าซมีเทนลอยขึ้นสู่ชั้นมีโซสเฟียร์ ซึ่งออกซิไดซ์ในแสงแดดเพื่อสร้างไอน้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การจราจรในอวกาศยังเพิ่มปริมาณไอน้ำที่สะสมในบริเวณนี้ของชั้นบรรยากาศ เนื่องจากไอน้ำมีอยู่ทั่วไปในไอเสียของเครื่องยนต์ จรวด กระดาษบันทึก ปริมาณการจราจรในอวกาศที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้มีน้ำสะสมอยู่ในบรรยากาศชั้นบนมากขึ้น อะไรคือความหมายของการเย็นลงของบรรยากาศชั้นบนนี้? Collins กล่าวว่า "เราคาดว่าบรรยากาศที่ชื้นมากขึ้นควรจะมีเมฆมากขึ้น เช่นเดียวกับที่เราเห็นหมอกก่อตัวเหนือสระน้ำในช่วงเช้าที่หนาวเย็น สิ่งที่เราพบว่าใหม่คือไอน้ำดูเหมือนจะทำให้บรรยากาศเย็นลงเพื่อส่งเสริมการก่อตัวของเมฆ" Collins กล่าว "เราไม่เชื่อว่ามันจะก่อให้เกิดผลกระทบรุนแรงที่พื้นดิน แต่มันช่วยให้เราเข้าใจแนวโน้มของสภาพอากาศในระยะยาวในชั้นบรรยากาศและบทบาทของไอน้ำในระบบภูมิอากาศ" เขากล่าว "และยังช่วยให้เราเข้าใจแบบจำลองสภาพอากาศและภูมิอากาศของเราได้ดีขึ้น ซึ่งหลายครั้งที่การก่อตัวของเมฆเป็นการทดสอบความเป็นกรดว่าทุกส่วนของแบบจำลองสภาพอากาศและภูมิอากาศของคุณทำงานอยู่หรือไม่" เมฆมีโซสเฟียร์ขั้วโลกอยู่ที่ขอบอวกาศที่ระดับความสูง 47 ถึง 53 ไมล์ ไอน้ำที่ระดับความสูงเหล่านี้จับตัวเป็นผลึกน้ำแข็งและก่อตัวเป็นเมฆ เมฆเหล่านี้สามารถเห็นได้เมื่อพวกมันเรืองแสงสว่างไสวหลังพระอาทิตย์ตกดิน เมื่อมีแสงแดดส่องลงมาจากเบื้องล่างตัดกับท้องฟ้าอันมืดมิด เมฆมีโซสเฟียร์ที่ขั้วโลกเรียกอีกอย่างว่าเมฆเรืองแสงตอนกลางคืนหรือเมฆที่ส่องแสงในเวลากลางคืน เมฆจะปรากฏตามธรรมชาติในแถบอาร์กติกหรือแอนตาร์กติกในช่วงฤดูร้อน นักวิจัยเลือกที่จะสร้างเมฆเทียมในฤดูหนาวเพื่อให้มีการตั้งค่าที่ควบคุมได้ เมฆเหล่านี้ถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมาช้านาน มีรายงานครั้งแรกในช่วงปลายปี 1800 มีการพบเห็นเมฆบ่อยขึ้นในศตวรรษที่ 20 และ 21 การทดลอง Super Soaker ประกอบด้วยการยิงจรวดสามครั้งจาก Poker Flat Research Range ภายในเวลาประมาณ 40 นาที จรวดสองลำแรกได้กระจายไตรเมทิลอะลูมิเนียม ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจน จะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นอันตรายของอะลูมิเนียมออกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำ รวมทั้งเรืองแสงสีขาวอมน้ำเงิน ด้วยการติดตามการเรืองแสงนี้ นักวิจัยสามารถระบุลมในระดับความสูงต่างๆ ได้ ทำให้พวกเขาสามารถเห็นสภาพอากาศที่ปล่อยน้ำออกมา จรวดลูกที่สามเปิดตัว 90 วินาทีหลังจากจรวดลูกที่สอง บรรทุกกระป๋องน้ำ กระป๋องถูกจุดชนวนที่ระดับความสูง 53 ไมล์เพื่อสร้างเมฆมีโซสเฟียร์ขั้วโลกขนาดเล็กที่มีเพียงลิดาร์เท่านั้นที่ตรวจจับได้ นักวิจัยกระตือรือร้นที่จะทำ Super Soaker เครื่องที่สอง ซึ่งเป็นเครื่องที่จะขับน้ำออกมาได้มากขึ้น “สิ่งที่เราเห็นนั้นดีมาก ดีมาก และเราต้องการเติมน้ำให้มากขึ้นเพื่อให้ได้เมฆที่หนาขึ้น และดูว่าเราสามารถวัดผลความเย็นได้โดยตรงหรือไม่ แทนที่จะสรุปจากความจริงที่ว่าเมฆก่อตัวขึ้น” คอลลินส์ กล่าวโดยอ้างถึงข้อมูลที่ได้มาจากลิดาร์ภาคพื้นดิน ผู้เขียนร่วมคนอื่น ๆ ของบทความนี้เป็นตัวแทนของแผนกวิทยาศาสตร์อวกาศที่ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี.; Astra LLC แห่งโบลเดอร์ โคโลราโด; ภาควิชาฟิสิกส์ ศูนย์วิทยาศาสตร์บรรยากาศและอวกาศแห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐยูทาห์; ภาควิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเคลมสัน; GATS Inc. แห่งโบลเดอร์ โคโลราโด; และห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ที่มหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์