Antarctic ionospheric and space weather research at Troll station

I de polare områdene er ionosfæren, som er den ytterste, delvis ioniserte delen av jordens atmosfære, direkte koblet til jordens magnetosfære. Denne koblingen er veldig dynamisk og avhenger av solens aktivitet. Dette er et viktig element i forståelsen av romvær, som er stadig viktigere for menneskelige aktiviteter både på jorden og i rommet. Ett eksempel er radio kommunikasjon og satellittbasert navigasjon. Romværeffekter kan være sentralt for menneskelige aktiviteter i de polare områdene, i Arktis og i Antarktis. I nærheten av de magnetiske polene kan ladede partikler fra rommet, som er akselerert i magnetosfæren til høye energier, komme ned i ionosfæren og kollidere med atmosfæriske gasser. Denne prosessen danner spektakulære lys som er kalt nordlys (aurora borealis) i nord, og aurora australis i sør. De romværeffektene som følger med, kan forstyrre utbredelse av radiosignaler gjennom ionosfæren og nedgradere nøyaktigheten av satellittbaserte navigasjonssystemer. Et eksempel er GPS mottakere som er avhengige av signaler fra GPS satellittene. Forskning på ionosfæren i de polare områdene er viktig for å forstå det globale ionosfære-magnetosfære systemet og presisere romværeffektene i disse områdene. For å forstå bedre den sørlige hemisfæren har vi gjennom dette prosjektet etablert det ionosfæriske observatoriet på den norske forskningstasjonen Troll i Dronning Maud Land i Antarktis. Vi opererer en mottaker som ser på kvalitet av signaler fra navigasjonssatellitter og registrerer variasjoner i elektrontettheten i ionosfæren og en all-sky-imager, som er et veldig sensitivt kamera som ser på sørlysets forskjellige bølgelengder. I tillegg har vi på Troll et all-sky kamera som ser følger dynamikken av aurora i alle farger over hele himmelen samt skydekke. Våre data har blitt studert sammen med resultater fra de andre forskningsstasjonene i Dronning Mauds Land i Antarktis, Sanae IV og Neumayer III, og meg satellittdata. I tillegg har vi studert irregulariteter i begge hemisfærer ved å sammenligne plasma variasjoner i Arktis med disse i Antarktis ved å gjennomføre større statistiske studier med bakkeinstrumenter og Swarm satellitter. Resultatene har blitt publisert i vitenskapelige tidskrifter og presentert på internasjonale konferanser. De brukes nå til utvikling av romværmodeller som også inkluderer romværvarsel for de polare områdene.

Prosjektet har ført til flere virkninger og effekter, som for eksempel: - Prosjektet har etablert Troll forskningsstasjon i Dronning Maud Land som et viktig observatorie for ionosfæreforskning i Antarktis og åpnet for nytt internasjonalt samarbeid med andre land som har forskningsaktivitet i Antarktis. - Prosjektet har styrket Norges posisjon i antarktisk forskning, spesielt innen rom- og atmosfæreforskning. - Prosjektet og dets resultater var avgjørende for tildeling av nye forsknings- og utviklingsprosjekter, inkludert EU finansierte prosjekter. - Resultater er nå brukt i flere utviklingsprosjekter som fokuserer på romværvarsel. - Det ionosfæriske observatoriet på Troll skal i nær framtid utbygges og nye instrumenter installeres som en del av Troll Observatory Network (TONe) infrastrukturprosjektet.

In polar regions, the ionosphere, which is the partially ionized part of the atmosphere, is directly coupled to the Earth's magnetosphere. This is a very dynamic coupling, which strongly depends on the activity of the Sun, solar wind, and interplanetary magnetic field. This interaction is a key element in the understanding of space weather, which has an increasingly important impact on human activities on Earth and in space, including, but not limited to, communication and satellite-based navigation. In particular, close to the magnetic poles, the particles that are accelerated in the magnetosphere to larger energies can penetrate down to the ionosphere and collide with the atmosphere's molecular and atomic species, giving rise to the spectacular aurorae borealis (Northern Lights) in the Northern hemisphere and aurorae australis (Southern Lights) in the Southern hemisphere. The resulting space weather effects include scintillations of transionospheric radio signals, decreasing the accuracy of Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Studying the ionosphere in the polar regions is of paramount importance to understand the global ionosphere-magnetosphere system, and determine the space weather effects in those regions. With the lack of observations over the Southern hemisphere, there is a need of establishing a wider network of instruments in Antarctica. In this project we will establish the ionospheric research station at Troll to provide optical and scintillation/TEC measurements of the ionosphere in Queen Maud Land, Antarctica. We will study in particular the global space weather effects caused by aurora during increased geomagnetic activity and assess the reliability and accuracy of GNSS. It is the first step in establishing a comprehensive long-term ionospheric research at in establishing a comprehensive long-term ionospheric research at the Troll Norwegian station in Antarctica by using the ground-based infrastructure.