Den berömda stora amerikanska förmörkelsen i augusti 2017 korsade det kontinentala USA på 90 minuter, och helheten varade inte längre än några minuter på någon plats. Händelsen är väl i backspegeln nu, men vetenskaplig undersökning av effekterna av månens skugga på jordens atmosfär pågår fortfarande intensivt, och intressanta nya rön dyker upp i snabb takt. Dessa inkluderar betydande observationer av forskare vid MIT:s Haystack Observatory i Westford, Massachusetts.

Förmörkelser är inte särskilt sällsynta, men det är ovanligt att man korsar hela det kontinentala USA som hände i augusti. Genom att studera en förmörkelses effekter på elektroninnehållet i den övre atmosfären, forskare lär sig mer om hur vår planets komplexa och sammankopplade atmosfär reagerar på rymdväderhändelser, såsom solflammor och koronala massutkastningar, som kan ha allvarliga effekter på signalinformation och kommunikationsvägar, och kan påverka navigerings- och positioneringstjänster.

Jonosfären är det skikt av atmosfären som innehåller laddade partiklar som främst skapas av solstrålning. Det möjliggör långdistansradiovågsutbredning och kommunikation över horisonten och påverkar viktiga satellitbaserade sändningar i navigationssystem och flygplan ombord. Eftersom jonosfären är det medium i vilket radiovågor färdas och påverkas av solvariationer, Att förstå dess egenskaper är viktigt för vårt moderna teknologiska samhälle. Jonosfären är värd för ett stort antal naturligt förekommande vågor, från liten till stor i storlek och styrka, och i synnerhet förmörkelseskuggor kan lämna efter sig ett stort antal nyskapade vågor när de färdas över planeten.

En typ av dessa nya vågor, känd som jonosfäriska bågvågor, har förutspåtts i mer än 40 år att existera i kölvattnet av en förmörkelsepassage. Forskare vid MIT:s Haystack Observatory och University of Tromsø i Norge bekräftade definitivt förekomsten av jonosfäriska bågvågor för första gången under evenemanget i augusti 2017. Ett internationellt team ledd av Haystack Observatory-forskare studerade jonosfäriska elektroninnehållsdata som samlats in av ett nätverk av mer än 2, 000 GNSS (Global Navigation Satellite System)-mottagare över hela landet. Baserat på detta arbete, Haystacks Shunrong Zhang och kollegor publicerade en artikel i december i tidskriften Geofysiska forskningsbrev på resultaten som visar de nyupptäckta jonosfäriska bågvågorna.

Geospace-forskare vid Haystack Observatory kunde observera fenomenet Eclipse Bow-våg för första gången i atmosfären med oöverträffad detalj och precision, tack vare det stora nätverket av extremt känsliga GNSS-mottagare som nu finns på plats över hela USA. De observerade jonosfäriska bogvågorna är ungefär som de som bildas av ett fartyg; månens skugga färdas så snabbt att den orsakar en plötslig temperaturförändring eftersom atmosfären snabbt kyls ned och sedan återupphettas när förmörkelsen passerar.

"Förmörkelseskuggan har en överljudsrörelse som [genererar] atmosfäriska bågvågor, liknar en snabbgående flodbåt, med vågor som börjar i den lägre atmosfären och fortplantar sig in i jonosfären, "beskrivningen av Zhang och hans kollegor säger." Eclipse passage genererade tydliga jonosfäriska bågvågor i störningar av elektroninnehåll som härrör från totaliteten främst över centrala/östra USA. Studier av vågegenskaper avslöjar komplexa sammankopplingar mellan solen, måne, och jordens neutrala atmosfär och jonosfär."

GNSS-mottagare samlar mycket exakta, högupplösta data om det totala elektroninnehållet (TEC) i jonosfären. Den rika detalj som tillhandahålls av dessa data informerade en separat studie om förmörkelseeffekter i samma nummer av Geofysiska forskningsbrev av Haystack-forskargruppen och internationella kollegor. Haystack Observatory Associate Director och huvudförfattare Anthea Coster och hennes medförfattare beskriver den kontinentala storleken och tidpunkten för eclipse-triggade TEC-utarmningar observerade över USA och observerade ökad TEC över Rocky Mountains som sannolikt är relaterad till generationen av bergsvågor i lägre atmosfär under förmörkelsen. Orsaken till denna effekt - som inte förutspåddes eller förutsågs före förmörkelsen - undersöks av georymdforskningsgemenskapen.

"Sedan de första dagarna av radiokommunikation för mer än 100 år sedan, Förmörkelser har varit kända för att ha stora och ibland oväntade effekter på den joniserade delen av jordens atmosfär och signalerna som passerar genom den, "säger Phil Erickson, biträdande direktör på Haystack och ledare för atmosfärs- och georymdvetenskapsgruppen. "Dessa nya resultat från Haystack-ledda studier är ett utmärkt exempel på hur mycket som återstår att lära om vår atmosfär och dess komplexa interaktioner genom att observera en av naturens mest spektakulära sevärdheter-ett jätte aktivt himmelskt experiment från solen och månen. kraften i moderna observationsmetoder, inklusive radiofjärrsensorer distribuerade över hela USA, var nyckeln till att avslöja dessa nya och fascinerande funktioner."

Haystack-förmörkelsen studier, inklusive bågvågsobservationer, uppmärksammade nationella vetenskapliga medier. En av Zhangs läsare, en åttondeklassare från Minnesota, ställde några intressanta frågor:

F:Fanns det några tidigare bevis som visar att vågorna skulle anlända under förmörkelsen?

S:Det gjordes tidigare studier på vågorna baserat på mycket begränsad rumslig täckning av observationerna. The Great American Eclipse gav oöverträffad rumslig täckning för att entydigt kunna se de kompletta vågstrukturerna.

F:Avgav dessa vågor någon seismisk aktivitet? Hade de en frekvens som de kunde upptäckas på?

Ett nej, det gjorde de inte. Faktum är att vi tror att dessa vågor härstammar från mellanatmosfären [cirka 50 kilometer] men vi observerade dem i den övre atmosfären vid ungefär 300 kilometer. De var mycket svaga tryckfluktuationer om vi observerar vågorna från marken. Denna typ av våg producerades av förmörkelserelaterade kylningsprocesser; det kan finnas andra sätt att framkalla liknande vågor i den övre atmosfären.

F:På helhetens väg, var vågorna starkare? Hade de någon annan effekt någon annanstans?

A:Ja, vi fann att de existerade mestadels längs och inom några hundra kilometer från den totala centrala stigen. De sågs först i centrala USA, försvann sedan i centrala östra USA. De kunde resa i ungefär en timme med en hastighet av cirka 300 meter per sekund, långsammare än månskuggans hastighet.

Höstacksforskare kommer att fortsätta att analysera atmosfäriska data från förmörkelsen och förväntar sig att rapportera andra fynd inom kort. Nästa stora förmörkelse över Nordamerika kommer att inträffa i april 2024.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.