NASA kommer att skjuta upp tre sondraketer under den totala solförmörkelsen den 8 april 2024, för att studera hur jordens övre atmosfär påverkas när solljuset tillfälligt dämpas över en del av planeten.
Atmospheric Perturbations around Eclipse Path (APEP)-ljudande raketer kommer att skjutas upp från NASA:s Wallops Flight Facility i Virginia för att studera störningarna i jonosfären som skapas när månen förmörkar solen. Sondraketerna hade tidigare avfyrats och framgångsrikt återvunnits från White Sands Test Facility i New Mexico, under den ringformade solförmörkelsen i oktober 2023.
De har renoverats med ny instrumentering och kommer att återlanseras i april 2024. Uppdraget leds av Aroh Barjatya, professor i teknisk fysik vid Embry-Riddle Aeronautical University i Florida, där han leder Space and Atmospheric Instrumentation Lab.
Sondraketerna kommer att avfyras vid tre olika tidpunkter:45 minuter före, under och 45 minuter efter den högsta lokala förmörkelsen. Dessa intervall är viktiga för att samla in data om hur solens plötsliga försvinnande påverkar jonosfären, vilket skapar störningar som har potential att störa vår kommunikation.
Jonosfären är en region i jordens atmosfär som ligger mellan 55 till 310 miles (90 till 500 kilometer) över marken. "Det är en elektrifierad region som reflekterar och bryter radiosignaler och som även påverkar satellitkommunikation när signalerna passerar igenom", säger Barjatya. "Att förstå jonosfären och utveckla modeller för att hjälpa oss att förutsäga störningar är avgörande för att se till att vår allt mer kommunikationsberoende värld fungerar smidigt."
Jonosfären utgör gränsen mellan jordens lägre atmosfär – där vi lever och andas – och rymdens vakuum. Den består av ett hav av partiklar som blir joniserade eller elektriskt laddade från solens energi eller solstrålning.
När natten faller tunnas jonosfären ut eftersom tidigare joniserade partiklar slappnar av och rekombinerar tillbaka till neutrala partiklar. Jordens terrestra väder och rymdväder kan dock påverka dessa partiklar, vilket gör det till ett dynamiskt område och svårt att veta hur jonosfären kommer att se ut vid en given tidpunkt.
Det är ofta svårt att studera kortsiktiga förändringar i jonosfären under en förmörkelse med satelliter eftersom de kanske inte är på rätt plats eller tidpunkt för att korsa förmörkelsens väg. Eftersom det exakta datumet och tiderna för den totala solförmörkelsen är kända, kan NASA skjuta upp riktade sondraketer för att studera effekterna av förmörkelsen vid rätt tidpunkt och på alla höjder av jonosfären.
När förmörkelseskuggan rasar genom atmosfären skapar den en snabb, lokaliserad solnedgång som utlöser storskaliga atmosfäriska vågor och småskaliga störningar eller störningar. Dessa störningar påverkar olika radiokommunikationsfrekvenser. Att samla in data om dessa störningar kommer att hjälpa forskare att validera och förbättra nuvarande modeller som hjälper till att förutsäga potentiella störningar i vår kommunikation, särskilt högfrekvent kommunikation.
APEP-raketerna förväntas nå en maximal höjd av 260 miles (420 kilometer). Varje raket kommer att mäta laddade och neutrala partikeldensitet och omgivande elektriska och magnetiska fält. "Varje raket kommer att skjuta ut fyra sekundära instrument av storleken på en två-liters läskflaska som också mäter samma datapunkter, så det liknar resultat från femton raketer samtidigt som det bara avfyrar tre," förklarade Barjatya. Embry-Riddle byggde tre sekundära instrument på varje raket, och det fjärde byggdes vid Dartmouth College i New Hampshire.
Förutom raketerna kommer flera team över hela USA också att göra mätningar av jonosfären på olika sätt. Ett team av studenter från Embry-Riddle kommer att distribuera en serie höghöjdsballonger. Medutredare från Massachusetts Institute of Technologys Haystack Observatory i Massachusetts och Air Force Research Laboratory i New Mexico kommer att driva en mängd markbaserade radar som mäter.
Med hjälp av dessa data förfinar ett team av forskare från Embry-Riddle och Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory befintliga modeller. Tillsammans kommer dessa olika undersökningar att bidra till att ge de pusselbitar som behövs för att se den större bilden av jonosfärisk dynamik.
När de APEP-ljudande raketerna sköt upp under den ringformade solförmörkelsen 2023 såg forskare en kraftig minskning av densiteten av laddade partiklar när den ringformade förmörkelseskuggan passerade över atmosfären.
"Vi såg störningarna som kan påverka radiokommunikationen i den andra och tredje raketen, men inte under den första raketen som var före den högsta lokala förmörkelsen", säger Barjatya. "Vi är superglada att återstarta dem under den totala förmörkelsen för att se om störningarna börjar på samma höjd och om deras magnitud och skala förblir desamma."
Nästa totala solförmörkelse över det sammanhängande USA är inte förrän 2044, så dessa experiment är en sällsynt möjlighet för forskare att samla in avgörande data.
Tillhandahålls av NASA
