Dünyanın çok yukarısında, uzayın sınırında ince metalik sis perdeleri süzülüyor. "Sporadik E katmanları" olarak bilinen bu yüksek irtifalı bulutlar, yanan meteorların buharlaşan tozlarından oluşuyor ve adlarını ortaya çıkıp sonra dağılma biçimlerindeki öngörülemezlikten alıyor. Şimdi, NASA'nın alt yörünge sonda roketinin bu katmanlardan birinin içine aynı anda beş dedektör göndermesiyle elde edilen yeni sonuçlar, katmandaki beklenmedik karmaşıklığı ilk kez gözler önüne serdi.
Gözle görülememelerine rağmen, sporadik E katmanları uzun mesafeli iletişim için relye ettiğimiz radyo sinyallerine varlıklarını hissettiriyor. Bu katmanlar oluştuğunda, sinyalleri beklenmedik yönlerde sekdirerek teknolojiyi geçici olarak güvenilmez hale getirebiliyor.
Bilim insanları uzun süredir radyo sinyallerini bozan bu bulutları tam olarak anlamaya çalışıyordu, ancak yakın zamana kadar onları sadece dar bir kesit halinde inceleyebiliyorlardı. "Sporadik E Elektrodinamik Gösterimi" veya kısaca SpEED Demon olarak adlandırılan roket, 24 Ağustos 2022'de Virginia'daki NASA Wallops Uçuş Tesisinden fırlatıldı ve sporadik E katmanının içine yapılan ilk eşzamanlı, çok noktalı gözlemi gerçekleştirdi. Embry-Riddle Havacılık Üniversitesi liderliğindeki bir ekibin yürüttüğü çalışmanın sonuçları, Journal of Geophysical Research: Space Physics dergisinde yayımlanan yeni bir makalede detaylandırıldı.
Sporadik E katmanları, nötr gazların plazmaya veya iyonize gaza dönüşmeye başladığı üst atmosferin bir bölgesi olan ve yaklaşık 40 mil (60 kilometre) yükseklikte başlayan iyonosferde oluşur. Buradaki parçacıkların bir kısmı, yanarak geride demir, magnezyum ve diğer metallerin izlerini bırakan meteorlardan gelir. Bu metaller zaman zaman yoğun, bulut benzeri levhalar halinde topaklanarak radyo dalgalarını yansıtan sporadik E katmanlarını oluşturur.
Görevin baş araştırmacısı ve Florida, Daytona Beach'teki Embry-Riddle'da mühendislik fiziği profesörü olan Aroh Barjatya, "Sporadik E katmanları, bir anlamda gökyüzündeki devasa radyo frekansı dalgası aynalarıdır" dedi.
Bir sporadik E katmanı oluştuğunda, uzaya gitmesi gereken sinyaller yeryüzüne doğru sekebiliyor. Hava trafik kontrolörleri ve deniz radyosu kullanıcıları, sanki yakındaymış gibi uzak mesafelerden gelen yayınları alabiliyor ve ufuk ötesini tarayan radarlar sözde "hayaletler" yani sahte hedefler kaydedebiliyor. Bu etkiler günlük hayatta kullandığımız teknolojileri de kapsıyor.
Çalışmanın baş yazarı, işini Embry-Riddle'da yürüten ve şu anda ABD Deniz Araştırma Laboratuvarında araştırmacı olan Henry Valentine, "Örneğin telefonunuzdaki GPS'teki en büyük hata kaynağı iyonosferdeki plazmadan kaynaklanıyor ve sporadik E katmanları da bu belirsizliğe katkıda bulunabiliyor" diye konuştu.
Sporadik E katmanları yaklaşık 60 mil (100 kilometre) yükseklikte süzüldüğü için —hava balonları için çok yüksek, uydular için çok alçak— ve öngörülemez bir şekilde oluşup dağıldığından, uzun süredir sonda roketlerinin ilgi alanındaydı. Bu roketler, onları oluş anında yakalamak için kısa sürede fırlatılabiliyordu. Ancak tek bir roket tek bir yörüngede uçarak sadece bir hat boyunca ölçüm yapabiliyor. Barjatya bu durumu, bir duvardaki çatlaktan sahneyi bakmaya benzetiyor. İnsan sadece o dar aralıktan olanları gözlemleyebiliyor ve görüşünün sağında veya solunda gerçekleşenlerin kritik bağlamını kaçırıyor.
SpEED Demon görevi bunu değiştirdi. Görev, bir sporadik E katmanının içine atılabilir problar, yani dropsondeler yerleştiren ilk girişimdi. Roket, katmanın içine girdikten sonra ana yükten ve birbirlerinden uzaklaşan dört dropsonde bıraktı; her biri kendi yörüngesindeki plazmayı ölçtü ve ölçümlerini yer istasyonlarına iletti. Ana yük ile birlikte problar, katmanı aynı anda toplam beş farklı noktadan örnekledi.
Barjatya, "Artık birden fazla sensörle o çatlak aralığı geniş bir çit haline getirdik" dedi.
Elde edilen veriler, sporadik E katmanının içinde şaşırtıcı bir karmaşıklığı ortaya çıkardı. SpEED Demon'un içinden geçtiği katman, pürüzsüz ve yoğun bir metalik parçacık kütlesi olmak yerine, etrafındaki nötr havada hareket eden türbülanslı rüzgarlar tarafından şekillendirilmiş, düzensiz ve yapılandırılmış bir görünüm sergiledi.
Valentine, "Çoğu zaman sporadik E'yi tek ve keskin bir yoğunluk katmanı olarak düşünürsünüz, ancak bizim gözlemlediğimiz katmanın nötr rüzgar ve bu dönen atmosferik türbülanslarla etkileşime girdiğini gördük. Düz bir krep yerine, daha çok bir tarçınlı çöreğe benziyor" ifadelerini kullandı.
Aşağı inerken katman iki farklı tepe noktasına ayrıldı. Ekip, bu şeklin, sıradan bulutlarda kırılan dalga desenleri üreten kıvrımlı, dalga benzeri bir kararsızlık olan Kelvin-Helmholtz dalgalarının modülasyonuyla tutarlı olduğunu buldu. Uçuş yerel rüzgarları ve elektrik alanları doğrudan ölçemediği için, araştırmacılar dalgalanma açıklamasını kesinleşmiş değil, yalnızca olası olarak nitelendirme konusunda dikkatli davranıyor.
SpEED Demon görevi bir teknoloji gösterimi, yani dropsonde tekniğinin işe yarayıp yaramayacağının bir testi olarak tasarlanmıştı. İşe yaradı ve ekip bunu hemen tekrar uygulamaya koydu. Barjatya'nın ekibi, Ekim 2023'teki halkalı güneş tutulması ve Nisan 2024'teki tam güneş tutulmasının yörüngelerine roket fırlatmak için benzer bir çoklu prob stratejisi kullanarak ani karanlığın üst atmosferi nasıl bozduğunu inceledi. Haziran 2025'te ise SpEED Demon'un en doğrudan halefi olan Sporadik-E Elektrodinamik veya SEED'i, Marshall Adaları'ndaki Kwajalein Mercan Adası'ndan sporadik E katmanlarına daha düşük enlemlerde incelemek üzere fırlattılar. Bu görevlere ait makaleler hazırlanma aşamasında.
Yıllar süren çalışmaların ardından, sporadik E katmanları artık eskisi kadar öngörülemez değil. Barjatya, "Yerel yaz aylarında zirve yapan mevsimsel bir döngüleri var" dedi.
Nasıl ve ne zaman oluştuklarına dair sorular giderek daha ayrıntılı bir hal alıyor. Yeni geliştirilen çok noktalı atılabilir roket sensörü yöntemi ve yer tabanlı ölçümler, tabloyu tamamlamaya çok yaklaştıracak. Barjatya, "Bilim topluluğu olarak, gökyüzündeki bu devasa radyo frekansı aynalarını tam olarak anlama yolunda artık son düzlüğe girdik" şeklinde konuştu.
NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nden Miles Hatfield'in haberi.
