De gevierde Grote Amerikaanse Eclipse van augustus 2017 doorkruiste de continentale VS in 90 minuten, en totaliteit duurde niet langer dan een paar minuten op een locatie. De gebeurtenis is nu goed in de achteruitkijkspiegel, maar wetenschappelijk onderzoek naar de effecten van de schaduw van de maan op de atmosfeer van de aarde wordt nog steeds fel nagestreefd, en interessante nieuwe bevindingen duiken in een snel tempo op. Deze omvatten belangrijke observaties door wetenschappers van MIT's Haystack Observatory in Westford, Massachusetts.

Verduisteringen zijn niet bijzonder zeldzaam, maar het is ongebruikelijk dat iemand de hele continentale VS doorkruist, zoals in augustus gebeurde. Door de effecten van een eclips op het elektronengehalte van de bovenste atmosfeer te bestuderen, wetenschappers leren meer over hoe de complexe en in elkaar grijpende atmosfeer van onze planeet reageert op ruimteweergebeurtenissen, zoals zonnevlammen en coronale massa-ejecties, die ernstige gevolgen kunnen hebben voor signaalinformatie en communicatiepaden, en kan van invloed zijn op navigatie- en plaatsbepalingsdiensten.

De ionosfeer is de laag van de atmosfeer die geladen deeltjes bevat die voornamelijk door zonnestraling worden gecreëerd. Het maakt de verspreiding en communicatie van radiogolven over lange afstand over de horizon mogelijk en beïnvloedt essentiële satellietuitzendingen in navigatiesystemen en aan boord van vliegtuigen. Aangezien de ionosfeer het medium is waarin radiogolven reizen en wordt beïnvloed door zonnevariaties, het begrijpen van de kenmerken ervan is belangrijk voor onze moderne technologische samenleving. De ionosfeer herbergt een groot aantal natuurlijk voorkomende golven, van klein tot groot in omvang en sterkte, en met name eclipsschaduwen kunnen een groot aantal nieuw gecreëerde golven achterlaten terwijl ze over de planeet reizen.

Een soort van deze nieuwe golven, bekend als ionosferische boeggolven, al meer dan 40 jaar wordt voorspeld dat het zal bestaan ​​in de nasleep van een eclipspassage. Onderzoekers van MIT's Haystack Observatory en de Universiteit van Tromsø in Noorwegen hebben het bestaan ​​van ionosferische boeggolven voor het eerst definitief bevestigd tijdens het evenement in augustus 2017. Een internationaal team onder leiding van wetenschappers van Haystack Observatory bestudeerde ionosferische elektroneninhoudsgegevens verzameld door een netwerk van meer dan 2, 000 GNSS-ontvangers (Global Navigation Satellite System) door het hele land. Op basis van dit werk, Haystack's Shunrong Zhang en collega's publiceerden in december een artikel in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven op de resultaten die de nieuw gedetecteerde ionosferische boeggolven tonen.

Geospace-onderzoekswetenschappers van Haystack Observatory waren in staat om het fenomeen van de eclipsboeggolf voor het eerst in de atmosfeer te observeren met ongekend detail en nauwkeurigheid, dankzij het uitgebreide netwerk van uiterst gevoelige GNSS-ontvangers die nu in de VS aanwezig zijn. De waargenomen ionosferische boeggolven lijken veel op die gevormd door een schip; de schaduw van de maan reist zo snel dat het een plotselinge temperatuurverandering veroorzaakt omdat de atmosfeer snel wordt afgekoeld en vervolgens weer wordt verwarmd als de zonsverduistering voorbijgaat.

"De eclipsschaduw heeft een supersonische beweging die atmosferische boeggolven [genereert], vergelijkbaar met een snel bewegende rivierboot, met golven die beginnen in de lagere atmosfeer en zich voortplanten in de ionosfeer, Volgens de beschrijving door Zhang en zijn collega's. "De passage van de verduistering genereerde duidelijke ionosferische boeggolven in verstoringen van de elektroneninhoud die voornamelijk afkomstig waren van de totaliteit in het midden/oosten van de Verenigde Staten. Studie van golfkarakteristieken onthult complexe onderlinge verbanden tussen de zon, maan, en de neutrale atmosfeer en ionosfeer van de aarde."

GNSS-ontvangers verzamelen zeer nauwkeurig, hoge resolutie gegevens over het totale elektronengehalte (TEC) van de ionosfeer. De rijke details die deze gegevens opleveren, hebben een afzonderlijk onderzoek naar eclipseffecten in hetzelfde nummer van Geofysische onderzoeksbrieven door het Haystack-onderzoeksteam en internationale collega's. Haystack Observatory Associate Director en hoofdauteur Anthea Coster en haar co-auteurs beschrijven de continentale omvang en timing van door eclips veroorzaakte TEC-uitputtingen waargenomen boven de VS en waargenomen verhoogde TEC boven de Rocky Mountains die waarschijnlijk verband houdt met het genereren van berggolven in de lagere atmosfeer tijdens de zonsverduistering. De reden voor dit effect - dat niet voorspeld of geanticipeerd was vóór de zonsverduistering - wordt onderzocht door de geo- en ruimtewetenschapsgemeenschap.

"Sinds de eerste dagen van radiocommunicatie meer dan 100 jaar geleden, Van verduisteringen is bekend dat ze grote en soms onverwachte effecten hebben op het geïoniseerde deel van de atmosfeer van de aarde en de signalen die er doorheen gaan, " zegt Phil Erickson, adjunct-directeur bij Haystack en leiding voor de groep atmosferische en geo-ruimtewetenschappen. "Deze nieuwe resultaten van door Haystack geleide studies zijn een uitstekend voorbeeld van hoeveel er nog moet worden geleerd over onze atmosfeer en zijn complexe interacties door het observeren van een van de meest spectaculaire bezienswaardigheden van de natuur - een gigantisch actief hemelexperiment geleverd door de zon en de maan. kracht van moderne observatiemethoden, inclusief radiografische sensoren die op grote schaal in de Verenigde Staten worden verspreid, was de sleutel tot het onthullen van deze nieuwe en fascinerende functies."

De Haystack-eclipsstudies, inclusief de boeggolfwaarnemingen, trok de aandacht van de nationale wetenschappelijke media. Een van Zhangs lezers, een achtste klasser uit Minnesota, stelde een aantal interessante vragen:

Vraag:Was er eerder bewijs om aan te tonen dat de golven zouden aankomen tijdens de zonsverduistering?

A:Er waren eerdere studies over de golven gebaseerd op een zeer beperkte ruimtelijke dekking van de waarnemingen. De Great American Eclipse bood een ongekende ruimtelijke dekking om de volledige golfstructuren ondubbelzinnig te bekijken.

Vraag:Hebben deze golven seismische activiteit uitgestoten? Hadden ze een frequentie waarop ze konden worden gedetecteerd?

een:Nee, dat deden ze niet. In feite denken we dat deze golven afkomstig zijn uit de middelste atmosfeer [ongeveer 50 kilometer], maar we hebben ze waargenomen in de bovenste atmosfeer op ongeveer 300 kilometer. Het waren zeer zwakke drukfluctuaties als we de golven vanaf de grond observeren. Dit soort golf werd geproduceerd door eclipsgerelateerde koelprocessen; er kunnen andere manieren zijn om soortgelijke golven in de bovenste atmosfeer te induceren.

Vraag:Op het pad van de totaliteit, waren de golven sterker? Hadden ze ergens anders een ander effect?

een:Ja, we ontdekten dat ze voornamelijk langs en binnen enkele honderden kilometers van het totaliteits centrale pad bestonden. Ze werden voor het eerst gezien in het midden van de VS, vervolgens verdwenen in het centraal-oosten van de VS. Ze konden ongeveer een uur reizen met een snelheid van ongeveer 300 meter per seconde, langzamer dan de snelheid van de maanschaduw.

Haystack-wetenschappers zullen atmosferische gegevens van de zonsverduistering blijven analyseren en verwachten binnenkort andere bevindingen te rapporteren. De volgende grote zonsverduistering in Noord-Amerika zal plaatsvinden in april 2024.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.