Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain
Там, где атмосфера Земли встречается с космосом, море частиц газа кружится в танце, управляемом электрическими и магнитными полями.
В течение дня солнечные лучи нагревают частицы до тех пор, пока они не расщепляются, высвобождая электрически заряженные электроны и положительные ионы, которые изменяют ритм танца, но только до наступления темноты, когда частицы расслабляются и воссоединяются. Ученые отслеживают эти изменения, чтобы узнать, как функционирует этот слой атмосферы, известный как ионосфера.
Но что произойдет, когда во второй половине дня в апреле этого года в некоторых районах Северной Америки наступит ночь? Как отреагируют частицы ионосферы?
Фабиано Родригес, профессор физики Техасского университета в Далласе, будет заниматься этими вопросами во время полного солнечного затмения 8 апреля. Он и его команда будут собирать данные, чтобы увидеть, как изменяются частицы ионосферы, когда Луна закрывает Солнце, погружая Даллас в полная темнота в течение почти четырех минут.
По словам Родригеса, это исследование не только дает более полное представление о внутренней работе ионосферы, но и может повысить точность будущих систем радиосвязи и GPS, которые принимают сигналы, передаваемые через ионосферу.
Электроны в затмении
Ионосфера, расположенная на расстоянии от 50 до 400 миль от поверхности Земли, действует как мост между нашей планетой и космосом. Количество и движение частиц газа в ионосфере меняются в течение дневных и ночных циклов, но на них также влияет земная погода (волны давления, возникающие от ураганов и гроз), а также космическая погода, меняющая электрические и магнитные условия.
Чтобы определить наше местоположение, спутники посылают на Землю сигналы, которые проходят через ионосферу, улавливая частицы газа и блуждающие электроны на пути к трекерам и iPhone. Инженерам необходимо знать, как ионосфера влияет на сигналы GPS, чтобы разрабатывать эффективные устройства.
Тотальность, или время полной темноты во время солнечного затмения, дает уникальную возможность изучить ионосферу.
«В течение нескольких минут вы получаете этот резкий переход», — сказал Динеш Раджан, профессор инженерного дела Южного методистского университета, не участвовавший в исследованиях Родригеса, — «что делает это явление очень интересным для наблюдения».
Родригес задается вопросом: будут ли электроны в ионосфере резко падать именно в момент полного падения? Или они медленно исчезнут, чтобы снова появиться с солнцем?
Мониторинг в реальном времени
Будучи студентом бакалавриата в Бразилии, Родригес разработал радиоприемник для измерения того, как радиосигналы нарушаются солнечными вспышками: интенсивными, непредсказуемыми всплесками солнечной энергии. Он был очарован тем, как устройство размером с настольный компьютер может служить окном в космос.
«Я могу что-то построить и могу видеть то, чего иначе я бы не смог увидеть. [and] которые визуально не обнаруживаются», — сказал он.
8 апреля Родригес и его команда перенесут свое оборудование, включая антенну для приема сигналов со спутника и приемник для сбора и хранения данных, в еще не определенное место в кампусе UTD в Ричардсоне. Они также установят оборудование в двух точках Далласа.
Во время октябрьского частичного солнечного затмения Родригес и его команда распределили приемники по всем местам на своем пути — Юте, Колорадо, Коста-Рике, Бразилии и Техасу. Они заметили различия в ионосфере во время затмения, но все еще анализируют данные, чтобы увидеть, менялись ли эти различия в зависимости от местоположения.
В апреле они установят датчики в колледжах Нью-Гэмпшира, Пенсильвании, Иллинойса и Техаса, находящихся рядом с полным комплексом или на его пути. Один из аспирантов Родригеса, Исаак Райт, работает над интерфейсом, который будет отображать в реальном времени изменение количества электронов во время затмения.
Родригеш также хочет, чтобы его команда провела соответствующее расследование. Во время солнечного затмения в 2017 году исследователи из обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института подтвердили, что тень затмения порождает в ионосфере «носовые волны» (представьте себе волны, исходящие от носовой части корабля, когда он разрезает воду). Эти волны не влияют на сигналы радио или GPS, но их изучение может дать больше информации о верхних слоях атмосферы Земли.
Лаборатория Родригеса будет стремиться узнать больше о волнах, возникающих в ионосфере во время и после затмения, включая их скорость и направление.
«Когда вы делаете наблюдения, вы видите то, чего не ожидали увидеть», — сказал он. «И вот как вы делаете новое открытие».
