在地球高空，薄薄的金属雾气在太空边缘漂浮。这些高层“云”被称为散发E层，由燃烧陨石蒸发的尘埃形成，因其出现和消散时的不可预测性而得名。现在，一项来自美国宇航局的一次声学火箭——一种亚轨道研究火箭的最新结果显示，该火箭同时通过这些层飞行的五个探测器首次揭示了这些层的意外复杂性。尽管肉眼看不见，散发E层却会影响我们依赖于长距离通信的无线电信号。当出现在这些层时，散发E层会将信号反射到意想不到的方向，使这些技术暂时无法可靠使用。科学家们长期以来一直寻求对这些干扰无线电波的云层有更全面的理解，但直到最近，他们仅能一次对这些云层的一个狭窄切片进行采样。这颗名为散发E电动流体演示（SpEED Demon）的火箭于2022年8月24日在维吉尼亚州的华洛普斯飞行设施发射，首次同时对散发E层内进行多点观察。由艾姆布里-里德尔航空大学的研究团队领导的研究结果描述在《地球物理研究：空间物理学》期刊的一项新研究中。散发E层形成在电离层，一个位于大气上部的区域，开始于大约40英里（60公里）的高度，在那里，中性气体开始转变为等离子体或电离气体。该区域的一些颗粒来自陨石，这些陨石在燃烧后留下铁、镁及其他金属的痕迹。这些金属偶尔会聚集成稠密的、云状的层——散发E层——并反射无线电波。“散发E层，从某种意义上说，是天空中无线电频率波的巨大镜子，”任该任务首席研究员的艾姆布里-里德尔工程物理学教授Aroh Barjatya说。当散发E层形成时，原本应向太空传播的信号可能会反弹回地面。空中交通控制人员和海洋无线电用户可能会拾到远处的传输信号，似乎这些信号很近，而扫描地平线以外的雷达可能登记到所谓的“鬼影”或虚假目标。这些效应影响到日常技术。“例如，您手机中GPS的最大误差源就是来自电离层中的等离子体，而散发E层会加剧这种不确定性，”该研究的首席作者Henry Valentine说，他在艾姆布里-里德尔进行这项工作，现在是美国海军研究实验室的一名研究人员。由于散发E层漂浮在约60英里（100公里）高——对于气象气球来说太高，而对于卫星来说又太低——并且形成和消散是不可预测的，因此它们长期以来一直是声学火箭的研究对象，声学火箭可以在短时间内发射以捕捉其中的现象。但一枚火箭飞行的路径是单一的，仅能沿一条直线进行测量。Barjatya将这种情况比作透过墙缝观察场景。人们只能观察到沿着那条狭窄缝隙中发生的事情，错过左侧或右侧发生的关键背景。SpEED Demon任务改变了这一点。该任务首次在散发E层内部部署了可投放探头，称为dropsondes。进入层内后，火箭释放了四个dropsondes，这些探头从主载荷和彼此之间飞开，各自在自己的轨道上测量等离子体，并将其测量数据传回地面站。与主载荷一起，这些探头在同一时刻对云层进行了五个地方的采样。“现在有了多个传感器，我们把那条缝变成了栅栏，”Barjatya说。该数据揭示了散发E层内部出人意料的复杂性。显示出的层并不是均匀、稠密的金属颗粒的平面，而是显得不平坦且有结构，受到周围中性空气中湍流风的影响。“很多时候，您会认为散发E层是一个清晰锐利的密度层，但我们所看到的是它与中性风和这些旋转的气候湍流相互作用，”Valentine说。“与其说是平坦的煎饼，更接近于一个肉桂卷。”在下降的过程中，这一层甚至分裂成两个明显的峰。研究团队发现这种形状与开尔文-亥姆霍兹波的调制一致，后者是一种在普通云中形成破浪模式的卷曲、波浪般的不稳定性。由于飞行无法直接测量局部的风和电场，研究人员谨慎地称这种波动的解释为合理，而不是确定的。SpEED Demon任务的设计是作为一项技术演示——测试dropsonde技术是否有效。结果证明是成功的，团队也迅速再次应用这一方法。Barjatya的团队采用类似的多探头策略发射火箭，进入2023年10月的周年活动中...