Zaćmienie Słońca, które nastąpi w 2024 r. w Ameryce Północnej, stało się bodźcem dla licznych projektów badawczych wspieranych przez NASA, w ramach których obserwowano wpływ zaćmienia na koronę słoneczną, atmosferę ziemską i komunikację radiową.
Zebrano istotne dane z naziemnych teleskopów, samolotów, amatorskich transmisji radiowych i balonów wystrzeliwanych na dużą wysokość przez studentów.
Potężne zaćmienie słońca w Ameryce Północnej
8 kwietnia 2024 r. całkowite zaćmienie słońca przeszło przez Amerykę Północną, zaczynając od zachodniego wybrzeża Meksyku, przez Stany Zjednoczone, a kończąc na północno-wschodniej Kanadzie. Aby przestudiować wydarzenie,[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>NASA funded several research projects and enlisted citizen scientists to explore how the Sun impacts Earth, particularly how its interactions affect the planet’s atmosphere and radio signals.
At a press briefing on December 10, scientists attending the American Geophysical Union’s annual meeting in Washington, D.C., shared early findings from several of these eclipse-related studies.
“Scientists and tens of thousands of volunteer observers were stationed throughout the Moon’s shadow,” said Kelly Korreck, eclipse program manager at NASA Headquarters in Washington. “Their efforts were a crucial part of the Heliophysics Big Year – helping us to learn more about the Sun and how it affects Earth’s atmosphere when our star’s light temporarily disappears from view.”
Ten wstępny film z projektu Citizen CATE 2024 łączy spolaryzowane obrazy korony słonecznej wykonane z różnych miejsc podczas całkowitego zaćmienia słońca 8 kwietnia 2024 r. Źródło: SwRI/Citizen CATE 2024/Dan Seaton/Derek Lamb
Obserwując koronę słoneczną
8 kwietnia w ramach projektu Citizen CATE 2024 (Continental-America Telescopic Eclipse) 35 zespołów obserwacyjnych z lokalnych społeczności od Teksasu po Maine miało wykonać zdjęcia zewnętrznej atmosfery Słońca, czyli korony, w czasie całkowitym. Ich celem jest zobaczenie, jak zmieniła się korona, gdy całość przetoczyła się przez kontynent.
10 grudnia Sarah Kovac, kierownik projektu CATE w Southwest Research Institute w Boulder w Kolorado, poinformowała, że chociaż kilka zespołów było utrudnionych przez chmury, większość obserwowała całość pomyślnie — zebrała w sumie ponad 47 000 zdjęć.
Zdjęcia te wykonano w świetle spolaryzowanym, czyli świetle zorientowanym w różnych kierunkach, aby pomóc naukowcom lepiej zrozumieć procesy kształtujące koronę.
Kovac udostępnił pierwszą wersję filmu utworzonego na podstawie tych zdjęć. Zespół projektu nadal łączy wszystkie obrazy w ostateczny, godzinny film, który zostanie udostępniony w późniejszym terminie.
„Piękno CATE 2024 polega na tym, że łączymy najnowocześniejszą profesjonalną naukę z uczestnikami społeczności ze wszystkich środowisk” – powiedział Kovac. „Poświęcenie każdego uczestnika umożliwiło realizację tego projektu.”
Wyzwania i sukcesy w obserwacjach lotniczych
W międzyczasie, 50 000 stóp nad ziemią, dwa samoloty NASA WB-57 goniły cień zaćmienia pędzący po kontynencie, obserwując ponad chmurami i wydłużając swój całkowity czas do około 6 minut i 20 sekund.
Na pokładzie znajdowały się kamery i spektrometry (instrumenty analizujące różne długości fal światła) zbudowane przez wiele zespołów badawczych w celu badania korony.
10 grudnia Shadia Habbal z Uniwersytetu Hawajskiego, która kierowała jednym z zespołów, poinformowała, że ich instrumenty zebrały cenne dane pomimo jednego wyzwania. Kamery, które zamontowali na skrzydłach samolotu, doświadczyły nieoczekiwanych wibracji, przez co niektóre obrazy były lekko rozmyte.
Jednak wszystkie kamery zarejestrowały szczegółowe obrazy korony, a spektrometry umieszczone w nosie samolotu nie uległy uszkodzeniu. Wyniki były tak pomyślne, że naukowcy już planują ponowne przeprowadzenie podobnych eksperymentów na samolocie.
„WB-57 to niezwykła platforma do obserwacji zaćmień, którą postaramy się wykorzystać przy przyszłych zaćmieniach” – powiedział Habbal.
Wpływ na komunikację jonosferyczną
8 kwietnia radioamatorzy lub krótkofalowcy wysyłali i odbierali między sobą sygnały przed, w trakcie i po zaćmieniu w ramach Festiwali Nauki Jonosferycznej Zaćmień Ham Radio Science Citizen Investigation (HamSCI). Ponad 6350 radioamatorów wygenerowało ponad 52 miliony punktów danych, aby obserwować, jak nagła utrata światła słonecznego w okresie całkowitym wpływa na ich sygnały radiowe i jonosferę, naelektryzowany obszar górnych warstw atmosfery Ziemi.
Łączność radiowa wewnątrz i na zewnątrz ścieżki totalności poprawiła się na niektórych częstotliwościach (od 1-7 MHz), co wskazywało na zmniejszenie absorpcji jonosferycznej. Przy wyższych częstotliwościach (10 MHz i więcej) komunikacja uległa pogorszeniu.
Wyniki uzyskane przy użyciu innej techniki, która odbija fale radiowe o wysokiej częstotliwości (3–30 MHz) od jonosfery, sugerują, że jonosfera wzniosła się na wysokość podczas zaćmienia, a następnie opadła do normalnej wysokości.
„Projekt przybliża operatorów krótkofalówki do społeczności naukowej” – powiedział Nathaniel Frissell, profesor na Uniwersytecie w Scranton w Pensylwanii i kierownik HamSCI. „Ich zaangażowanie w swoje rzemiosło umożliwiło przeprowadzenie tych badań”.
Badanie reakcji atmosferycznych
Analizując atmosferę, w ramach ogólnokrajowego projektu balonowego zaćmienia zorganizowano grupy studentów z całych Stanów Zjednoczonych, aby wystrzelić balony w cień Księżyca przelatującego przez kraj w kwietniu 2024 r. oraz podczas zaćmienia słońca w Październik 2023. Zespoły latały czujnikami pogodowymi i innymi instrumentami, aby zbadać reakcję atmosfery na zimny, ciemny cień.
Badania przeprowadzone przez ponad 800 studentów potwierdziły, że zaćmienia mogą generować zmarszczki w atmosferze ziemskiej zwane atmosferycznymi falami grawitacyjnymi. Podobnie jak fale powstają w jeziorze, gdy woda jest wzburzona, tak też fale te powstają w atmosferze, gdy wzburzone jest powietrze. Projekt ten, kierowany przez Angelę Des Jardins z Montana State University w Bozeman, potwierdził również obecność tych fal podczas poprzednich zaćmień słońca. Naukowcy uważają, że przyczyną tych fal jest „czkawka” w tropopauzie, warstwie atmosfery ziemskiej, podobna do efektu atmosferycznego obserwowanego podczas zachodu słońca.
„Połowa zespołów przed projektem nie miała żadnego doświadczenia w lataniu balonem” – powiedział Jie Gong, ekspert naukowy zespołu i badacz atmosfery w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland. „Ale ich ciężka praca i badania odegrały kluczową rolę w tym odkryciu”.