Solformørkelse forårsagede bue i jordens atmosfære

Den berømte store amerikanske formørkelse i august 2017 krydsede det kontinentale USA på 90 minutter, og helheden varede ikke længere end et par minutter på et hvilket som helst sted. Begivenheden er godt i bakspejlet nu, men videnskabelig undersøgelse af virkningerne af månens skygge på Jordens atmosfære forfølges stadig voldsomt, og interessante nye fund dukker op i et hurtigt tempo. Disse omfatter betydelige observationer af forskere ved MIT's Haystack Observatory i Westford, Massachusetts.

Formørkelser er ikke særlig sjældne, men det er usædvanligt, at man krydser hele det kontinentale USA, som det skete i august. Ved at studere en formørkelses virkninger på elektronindholdet i den øvre atmosfære, forskere lærer mere om, hvordan vores planets komplekse og sammenkoblede atmosfære reagerer på rumvejrhændelser, såsom solfakler og koronale masseudstødninger, der kan have alvorlige virkninger på signalinformation og kommunikationsveje, og kan påvirke navigation og positioneringstjenester.

Ionosfæren er atmosfærens lag, der indeholder ladede partikler, der primært dannes af solstråling. Det tillader fjerntliggende radiobølgeudbredelse og kommunikation over horisonten og påvirker vigtige satellitbaserede transmissioner i navigationssystemer og fly om bord. Da ionosfæren er mediet, hvor radiobølger bevæger sig og påvirkes af solvariationer, forståelse af dens funktioner er vigtig for vores moderne teknologiske samfund. Ionosfæren er vært for et stort antal naturligt forekommende bølger, fra lille til stor i størrelse og styrke, og formørkelsesskygger især kan efterlade et stort antal nyoprettede bølger, når de rejser over planeten.

En slags disse nye bølger, kendt som ionosfæriske bølgebølger, er blevet forudsagt i mere end 40 år at eksistere i kølvandet på en formørkelsesgang. Forskere ved MIT's Haystack Observatory og University of Tromsø i Norge bekræftede eksistensen af ​​ionosfæriske bølgebølger definitivt for første gang under begivenheden i august 2017. Et internationalt team ledet af forskere fra Haystack Observatory undersøgte data om ionosfæriske elektronindhold indsamlet af et netværk på mere end 2, 000 GNSS (Global Navigation Satellite System) modtagere i hele landet. Baseret på dette arbejde, Haystacks Shunrong Zhang og kolleger offentliggjorde en artikel i december i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve på resultaterne, der viser de nyligt opdagede ionosfæriske bølgebølger.

Geospace -forskere ved Haystack Observatory var i stand til at observere fænomenet formørkelsesbue for første gang i atmosfæren med enestående detaljer og nøjagtighed, takket være det enorme netværk af ekstremt følsomme GNSS -modtagere, der nu er på plads i hele USA. De observerede ionosfæriske bue -bølger ligner meget dem, der dannes af et skib; månens skygge bevæger sig så hurtigt, at den forårsager en pludselig temperaturændring, da atmosfæren hurtigt afkøles og derefter opvarmes, når formørkelsen passerer.

"Formørkelsen har en supersonisk bevægelse, der [genererer] atmosfæriske bølgebølger, ligner en flodbåd i hurtig bevægelse, med bølger, der starter i den nedre atmosfære og formerer sig til ionosfæren, "beskriver beskrivelsen af ​​Zhang og hans kolleger." Eclipse passage genererede klare ionosfæriske bølgebølger i elektronindholdsforstyrrelser, der primært stammer fra det centrale/østlige USA. Undersøgelse af bølgeegenskaber afslører komplekse forbindelser mellem solen, måne, og Jordens neutrale atmosfære og ionosfære. "

GNSS -modtagere indsamler meget præcise, data i høj opløsning om det samlede elektronindhold (TEC) i ionosfæren. De rige detaljer fra disse data informerede om en separat undersøgelse af formørkelseseffekter i samme nummer af Geofysiske forskningsbreve af Haystack -forskerteamet og internationale kolleger. Haystack Observatory Associate Director og hovedforfatter Anthea Coster og hendes medforfattere beskriver den kontinentale størrelse og timingen af ​​formørkelsesudløste TEC-udtømninger observeret over USA og observeret øget TEC over Rocky Mountains, der sandsynligvis er relateret til dannelsen af ​​bjergbølger i lavere atmosfære under formørkelsen. Årsagen til denne effekt - som ikke var forudsagt eller forudset før formørkelsen - undersøges af geospace science -samfundet.

"Siden de første dage med radiokommunikation for mere end 100 år siden, formørkelser har været kendt for at have store og til tider uventede virkninger på den ioniserede del af Jordens atmosfære og de signaler, der passerer gennem den, "siger Phil Erickson, assisterende direktør hos Haystack og leder for gruppen atmosfærisk og geospace science. "Disse nye resultater fra Haystack-ledede undersøgelser er et glimrende eksempel på, hvor meget der stadig er at lære om vores atmosfære og dens komplekse interaktioner ved at observere en af ​​naturens mest spektakulære seværdigheder-et kæmpe aktivt himmelforsøg leveret af solen og månen. kraften i moderne observationsmetoder, herunder fjernbetjeningssensorer fordelt bredt over hele USA, var nøglen til at afsløre disse nye og fascinerende funktioner. "

Haystack eclipse studies, herunder bue -bølgeobservationer, vakte opmærksomhed fra nationale videnskabelige medier. En af Zhangs læsere, en ottende klasse fra Minnesota, stillede nogle interessante spørgsmål:

Sp .:Var der tidligere bevis for, at bølgerne ville ankomme under formørkelsen?

A:Der var tidligere undersøgelser af bølgerne baseret på meget begrænset rumlig dækning af observationerne. Den store amerikanske formørkelse gav en hidtil uset rumlig dækning for entydigt at se de komplette bølgestrukturer.

Sp .:Afgav disse bølger nogen seismisk aktivitet? Havde de en frekvens, som de kunne detekteres på?

A:Nej, det gjorde de ikke. Faktisk tror vi, at disse bølger stammer fra den midterste atmosfære [ca. 50 kilometer], men vi observerede dem i den øvre atmosfære på cirka 300 kilometer. De var meget svage trykudsving, hvis vi observerer bølgerne fra jorden. Denne form for bølge blev frembragt ved formørkelsesrelaterede køleprocesser; der kan være andre måder at fremkalde lignende bølger i den øvre atmosfære.

Sp:På helhedens vej, var bølgerne stærkere? Havde de en anden effekt andre steder?

A:Ja, vi fandt ud af, at de for det meste eksisterede langs og inden for et par hundrede kilometer fra den centrale sti i alt. De blev først set i det centrale USA, forsvandt derefter i det østlige USA. De var i stand til at rejse i cirka en time med en hastighed på cirka 300 meter i sekundet, langsommere end måneskyggeens hastighed.

Haystack -forskere vil fortsætte med at analysere atmosfæriske data fra formørkelsen og forvente at rapportere andre fund inden for kort tid. Den næste store formørkelse i Nordamerika vil finde sted i april 2024.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.