Студентки Плимутского государственного университета Сара Бриганди (слева) и Самманта Булей запускают метеозонд из Мориарти, штат Нью-Мексико, для сбора атмосферных данных 14 октября 2023 года. Источник: NASA
Студенческие команды из трех университетов США стали первыми, кто измерил то, что ученые давно предсказывали: затмения могут генерировать рябь в атмосфере Земли, называемую атмосферными гравитационными волнами. Характерная сигнатура волн проявилась в данных, полученных во время североамериканского кольцевого солнечного затмения 14 октября 2023 года в рамках проекта Nationwide Eclipse Ballooning Project (NEBP), спонсируемого NASA.
В рамках NEBP команды школьников и студентов университетов были размещены вдоль траектории затмения через несколько штатов США, где они выпустили метеозонды с приборами, предназначенными для проведения инженерных исследований или атмосферных научных экспериментов. Группа научных групп, расположенных в Нью-Мексико, собрала данные, окончательно связывающие затмение с образованием атмосферных гравитационных волн, открытие, которое может привести к улучшению прогнозирования погоды.
«Понимание того, как атмосфера реагирует в особых случаях затмений, помогает нам лучше понимать атмосферу, что, в свою очередь, помогает нам делать более точные прогнозы погоды и, в конечном итоге, лучше понимать изменение климата».
Ловля волн в Нью-Мексико
Предыдущие команды по воздухоплаванию также охотились за атмосферными гравитационными волнами во время более ранних затмений, исследования, которые поддерживались НАСА и Национальным научным фондом. В 2019 году команда NEBP, размещенная в Чили, собрала многообещающие данные, но ежечасные запуски воздушных шаров не дали достаточно подробностей. Попытки повторить эксперимент в 2020 году были сорваны ограничениями на поездки из-за COVID-19 в Аргентине и сильным ливнем, который помешал сбору данных в Чили.
Руководители проекта учли эти уроки при планировании на 2023 год, запланировав запуски воздушных шаров каждые 15 минут и тщательно взвесив места с наибольшим потенциалом успеха.
«Нью-Мексико выглядел особенно многообещающе», — сказал Цзе Гун, научный сотрудник Лаборатории климата и радиации NASA в Центре космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, и соисследователь исследований атмосферных гравитационных волн. «Большинство источников атмосферной гравитации — это конвекция, погодные системы и горы. Мы хотели исключить все эти возможные источники».
В рамках проекта был создан «суперсайт» в городе Мориарти в Нью-Мексико, где объединились четыре группы по изучению атмосферы: две из Плимутского государственного университета в Плимуте, штат Нью-Гэмпшир, и по одной из Университета штата Нью-Йорк (SUNY) в Олбани и SUNY в Освего.
Студенты начали запускать воздушные шары в 10 утра за день до затмения.
«Они работали посменно днем и ночью, а затем все были на месте, чтобы наблюдать затмение», — сказал Эрик Келси, научный сотрудник в Университете штата Плимут и руководитель северо-восточного региона NEBP.
Каждый воздушный шар, выпущенный научными группами, нес радиозонд — приборный блок, который измерял температуру, местоположение, влажность, направление и скорость ветра в течение каждой секунды подъема через атмосферу. Радиозонды передавали этот поток необработанных данных команде на земле. Студенты загружали данные на общий сервер, где Гонг и два аспиранта проводили месяцы, обрабатывая и анализируя их.
Подтверждение того, что затмение вызвало возникновение атмосферных гравитационных волн в небе над Нью-Мексико, пришло весной 2024 года.
«Мы собрали все данные по времени, и когда мы построили этот временной ряд, я уже мог видеть полосы в сигнале», — сказал Гонг. «Я бомбардировал электронную почту каждого. Мы были весьма взволнованы».
Для студентов кривые обучения открывают возможности
Программа дала многим студентам первый опыт сбора данных. Но преимущества выходят за рамки технических и научных навыков.
«Студенты многому научились, практикуясь в запуске метеозондов», — сказал Келси. «Это была огромная кривая обучения. Им пришлось работать вместе, чтобы разобраться со всей логистикой и устранить неполадки. Это хорошая практика навыков командной работы».
«Все это технически сложно», — сказал Де Жарденс. «Хотя сейчас основное внимание уделяется результатам по науке, самое важное то, что именно студенты сделали это возможным».
