2017. augusztusában a SpaceX egy tajvani műhold pályára állításához használt Falcon-9 rakétáját a kaliforniai Vandenberg Légibázisról lőtte fel, a műholdat kb. 720 km-es pályára kellett feljuttatnia. A rakétafellövések során az indítást követően kissé oldalirányban szoktak haladni a járművek, jelen esetben azonban majdnem teljesen függőlegesen szállt fel a Falcon, s érte el a kívánt pályamagasságot a műholddal.
Minden fellövés során kialakul egy lökéshullám, amit a szuperszonikus sebességgel felfelé száguldó rakéta kelt, azonban a ferde repülési irány okán ez V alakú szokott lenni, most először észleltek kerek, és minden korábbinál nagyobb kiterjedésű lökéshullámot.

A rakétafellövések által okozott ionoszféra-zavarok megértése azért fontos, mert ez a régió befolyásolja például a GPS műholdak rádiójeleinek működését, így minden GPS alapú földi tevékenységet is, beleértve a repülésbiztonságot, hajózást, felszíni közlekedést, logisztikát vagy mezőgazdaságot.
Tajvani kutatók elemezték a speciális esetet, különös tekintettel a lökéshullám által az ionoszféra működésében keltett zavarokra. A kutatást a GPS műholdak rádiójeleinek eltérései alapján végezték el, ezek ugyanis jól jelzik az ionoszféra változásait. Az ionoszférát alkotó plazma (gyakorlatilag töltött részecskék sokasága) a lökéshullám hatására kitér eredeti helyéről, hasonlóan ahhoz, ahogy pl. egy vízbe hajított kő is kilöki a vízmolekulákat, s koncentrikus hullámokat kelt. Hasonló, ám jóval kisebb lökéshullámot láttak pl. 2009-ben, amikor az orosz Szaricsev vulkán kitörése okozott ilyen jelenséget a felhőzetben.

A lökéshullámon kívül még egy lyuk is keletkezett, ezt a rakéta elégetett üzemanyaga nyomán kialakuló vízből álló „kondenzcsík” és az ionoszféra részecskéi közti kölcsönhatás hozta létre. A lyuk közel 2,5 órán keresztül maradt észlelhető, s a GPS jelek hibáját is 1-2 órán át lehetett észlelni. A mostani esetben a rakéta lökéshulláma és az ionoszférában kialakult lyuk hatására közel 1 méterrel „félremért” a GPS az érintett területen, ami nagyjából négyszer akkora volt, mint Kalifornia.
Jelenleg a naptevékenység alacsony szinten van, s mivel ennek van a legnagyobb hatása az ionoszféránkra, a naptevékenység erősödésével a keltett zavarok is nagyobb léptékűek lehetnek. Ha a rakétafellövéskor kialakuló lökéshullám hatását felerősíti a Nap hatása, a mostaninál nagyobb eltéréseket is mutathatnak a GPS mérések. Épp ezért is fontos megismerni ezeket az összefüggéseket, főként a jelen korunk egyre több rakétafellövést hozó éveiben.

A keletkezett lökéshullám kialakulását 5 perccel a felszállást követően észlelték, a koncentrikus hullámfront legnagyobb kiterjedése 1500 km-es volt (a lefedett terület 1,8 millió km2), ezt kb. 20 perc alatt érte el. A GPS navigáció eltéréseit nem maga a lökéshullám okozta, mivel ennek az amplitúdója túl kicsi volt, s maximálisan csupán 3%-os elektronveszteséggel járt, hanem az a lyuk, ahol az ionoszféra elektronjainak 10-70%-a eltűnt. Persze nemcsak a rakéták, hanem földi természeti jelenségek is okoznak zavarokat az ionoszférában, ilyenek a vulkánkitörések, tájfunok, tornádók, földrengések és cunamik is. A rakétafellövések során a rakéta útvonala mentén kialakuló zavarokat már a 60-as években is észlelték, az üzemanyag égésterméke (legnagyobb részt víz és szén-dioxid) és az ionoszféra részecskéi közti kémiai reakciók hatására csökken az elektronsűrűség a rakéta közelében. A vízmolekulák a plazma elektronjaival ütközve az ún. disszociatív rekombináció útján semleges részekre esnek szét, s e folyamat során lokálisan „felőrlődik” a plazmát alkotó elektronfelhő. A jelenlegi esetben a kialakult lyuk a Vandenberg felett jelent meg, majd egyre növekedett, a legnagyobb átmérője 900 km-es volt, ez kb. 636 ezer négyzetkilométeres területet fedett le. A kialakulás utáni 2,5 óra során fokozatosan gyengülve végül el is tűnt a lyuk.
A mostani Falcon hatására a második rakétafokozat beindításakor keletkezett a koncentrikus lökéshullám a mezopauza (kb. 85-90 km) magasságában, s innen terjedt tovább. A kutatók számítógépes modell segítségével azt is megállapították, hogy minél közelebb áll a rakéta útvonala a függőlegeshez, annál jelentősebb lesz az ionoszférában kialakuló lökéshullám is, ezt a valós fellövésekkor észlelt adatok is alátámasztják.

Igazából csak mostanában kezdjük megérteni ezen természeti- és mesterséges jelenségek hatásait a felsőbb légkörünkre, azonban azzal, hogy mind a GPS-alapú alkalmazások, mind a rakétafellövések gyakoribbak, különösen fontos átlátni az összefüggéseiket.

A kutatási eredményt a Space Weather folyóirat februári száma közölte.

Landy-Gyebnár Mónika
(További fordítások a szerzőtől facebookon:  Égen – Földön – Föld alatt)