На этой фотографии показаны три ракеты-зонда APEP и группа поддержки после успешной сборки. Руководитель группы Арох Барджатья находится вверху в центре, рядом с ограждением на втором этаже. Фото: НАСА/Берит Бланд.
НАСА запустит три зондирующие ракеты во время полного солнечного затмения 8 апреля 2024 года, чтобы изучить, как влияют на верхние слои атмосферы Земли, когда солнечный свет на мгновение тускнеет над частью планеты.
Ракеты для исследования атмосферных возмущений вокруг траектории затмения (APEP) будут запущены с летного комплекса НАСА в Уоллопсе в Вирджинии для изучения возмущений в ионосфере, возникающих, когда Луна затмевает Солнце. Зондирующие ракеты ранее были запущены и успешно возвращены с испытательного полигона Уайт-Сэндс в Нью-Мексико во время кольцевого солнечного затмения в октябре 2023 года.
Они были отремонтированы, оснащены новым оборудованием и будут перезапущены в апреле 2024 года. Миссию возглавляет Аро Барджатья, профессор инженерной физики в Университете аэронавтики Эмбри-Риддл во Флориде, где он руководит Лабораторией космических и атмосферных приборов.
Зондирующие ракеты будут запускаться в три разных времени: за 45 минут до, во время и через 45 минут после пикового местного затмения. Эти интервалы важны для сбора данных о том, как внезапное исчезновение Солнца влияет на ионосферу, создавая возмущения, которые могут помешать нашей связи.
Ионосфера — это область земной атмосферы, которая находится на высоте от 55 до 310 миль (от 90 до 500 километров) над землей. «Это электрифицированный регион, который отражает и преломляет радиосигналы, а также влияет на спутниковую связь при прохождении сигналов», — сказал Барджатья. «Понимание ионосферы и разработка моделей, которые помогут нам прогнозировать возмущения, имеют решающее значение для обеспечения бесперебойной работы нашего все более зависимого от связи мира».
Ионосфера образует границу между нижними слоями атмосферы Земли, где мы живем и дышим, и космическим вакуумом. Он состоит из моря частиц, которые ионизируются или приобретают электрический заряд под действием солнечной энергии или солнечного излучения.
С наступлением ночи ионосфера истончается, поскольку ранее ионизированные частицы расслабляются и рекомбинируются обратно в нейтральные частицы. Однако земная и космическая погода Земли могут влиять на эти частицы, делая ее динамичной областью, и трудно понять, какой будет ионосфера в данный момент.
Часто бывает трудно изучать краткосрочные изменения в ионосфере во время затмения со спутниками, потому что они могут оказаться не в том месте или в нужное время, чтобы пересечь траекторию затмения. Поскольку точная дата и время полного солнечного затмения известны, НАСА может запустить ракеты прицельного зондирования для изучения последствий затмения в нужное время и на всех высотах ионосферы.
Когда тень затмения пробегает по атмосфере, она создает быстрый локализованный закат, который вызывает крупномасштабные атмосферные волны и мелкомасштабные возмущения или пертурбации. Эти возмущения влияют на разные частоты радиосвязи. Сбор данных об этих возмущениях поможет ученым проверить и улучшить существующие модели, которые помогают прогнозировать потенциальные нарушения в наших коммуникациях, особенно в высокочастотной связи.
Ожидается, что ракеты APEP достигнут максимальной высоты 260 миль (420 километров). Каждая ракета будет измерять плотность заряженных и нейтральных частиц, а также окружающие их электрические и магнитные поля. «Каждая ракета выбрасывает четыре вторичных прибора размером с двухлитровую бутылку из-под газировки, которые также измеряют одни и те же точки данных, поэтому это похоже на результаты пятнадцати ракет при запуске только трех», — объяснил Барджатья. Эмбри-Риддл построил по три вспомогательных прибора на каждой ракете, а четвертый был построен в Дартмутском колледже в Нью-Гэмпшире.
Помимо ракет, несколько команд в США также будут проводить измерения ионосферы различными способами. Команда студентов из Эмбри-Риддла запустит серию высотных воздушных шаров. Соавторы из обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института в Массачусетсе и Исследовательской лаборатории ВВС в Нью-Мексико будут использовать различные наземные радары для проведения измерений.
Используя эти данные, группа ученых из Эмбри-Риддла и Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса совершенствует существующие модели. Вместе эти различные исследования помогут собрать кусочки головоломки, необходимые для того, чтобы увидеть более широкую картину динамики ионосферы.
Когда ракеты, зондирующие APEP, были запущены во время кольцевого солнечного затмения в 2023 году, ученые увидели резкое снижение плотности заряженных частиц, когда тень кольцевого затмения прошла над атмосферой.
«Мы видели возмущения, способные повлиять на радиосвязь во второй и третьей ракетах, но не во время первой ракеты, которая была перед пиком местного затмения», — сказал Барджатья. «Мы очень рады возможности перезапустить их во время полного затмения, чтобы увидеть, начнутся ли возмущения на той же высоте и останутся ли их величина и масштаб прежними».
Следующее полное солнечное затмение над прилегающей территорией США произойдет не раньше 2044 года, поэтому эти эксперименты представляют собой редкую возможность для ученых собрать важные данные.
