2017年8月21日，日全食將烏馬蒂拉國家森林籠罩在陰影中，全食天空變暗，美國地平線呈現(xiàn)360度日落。圖像：uux.cn/美國國家航空航天局/瑪拉·約翰遜-格羅
無論你是否聽說過電離層，你都可能利用了它的存在。這種粒子電熱毯對于遠(yuǎn)距離調(diào)幅和短波廣播至關(guān)重要。無線電運(yùn)營商將他們的發(fā)射機(jī)對準(zhǔn)天空，從這層和地球曲率周圍“反彈”信號，以將其廣播擴(kuò)展數(shù)百甚至數(shù)千英里。
電離層是由太陽維持的。太陽光線將帶負(fù)電的電子從原子中分離出來，產(chǎn)生了帶正電的離子，電離層就是以此命名的。當(dāng)夜幕降臨時，隨著離子和電子重組為中性原子，超過60英里的電離層消失。黎明到來時，電子再次被釋放，電離層在陽光的照射下膨脹——這是全球范圍內(nèi)每日“呼吸”的循環(huán)。
日全食是一座科學(xué)金礦——一個觀察自然實(shí)驗(yàn)進(jìn)行情況的難得機(jī)會。4月8日，下面列出的三個美國國家航空航天局資助的項(xiàng)目是那些“關(guān)注”遮天蔽日帶來的變化的項(xiàng)目之一。
SuperDARN
超級雙極光雷達(dá)網(wǎng)，簡稱SuperDARN，是分布在世界各地的雷達(dá)的集合。他們從電離層反射無線電波并分析返回的信號。他們的數(shù)據(jù)揭示了電離層密度、溫度和位置（即運(yùn)動）的變化。
2024年的日食將經(jīng)過三個美國SuperDARN雷達(dá)。由弗吉尼亞理工學(xué)院和州立大學(xué)教授巴拉特·昆杜里領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家小組一直在忙著為此做準(zhǔn)備。
堪薩斯州海斯郊外SuperDARN雷達(dá)站的鳥瞰圖。圖片:uux.cn/海斯堡州立大學(xué)
昆杜里說:“日全食期間發(fā)生的太陽輻射變化會導(dǎo)致電離層‘變薄’?！霸谌帐称陂g，SuperDARN將在特殊模式下運(yùn)行，以更精細(xì)的時空尺度監(jiān)測電離層的變化?！?br>昆杜里的團(tuán)隊(duì)將把SuperDARN的測量結(jié)果與計(jì)算機(jī)模型的預(yù)測進(jìn)行比較，以回答電離層如何對日食做出反應(yīng)的問題。
哈姆西
雖然一些實(shí)驗(yàn)依賴于大型射電望遠(yuǎn)鏡，但其他實(shí)驗(yàn)更多地依賴于人的力量。業(yè)余無線電科學(xué)公民調(diào)查（HamSCI）是美國國家航空航天局的一個公民科學(xué)項(xiàng)目，涉及業(yè)余或“業(yè)余”無線電操作員。4月8日，全國各地的業(yè)余無線電愛好者將嘗試在日食之前、期間和之后相互發(fā)送和接收信號。在賓夕法尼亞州斯克蘭頓大學(xué)物理學(xué)和工程學(xué)教授納撒尼爾·弗里塞爾的帶領(lǐng)下，HamSCI的參與者將分享他們的無線電數(shù)據(jù)，以記錄日全食期間突然失去陽光如何影響他們的無線電信號。
學(xué)生們在校園里的哈姆無線電實(shí)驗(yàn)室與弗里斯?fàn)柌┦恳黄鸸ぷ?。simal Sami‘24（橙色），他是斯克蘭頓在STEM中的Magis榮譽(yù)計(jì)劃的一部分；弗里斯?fàn)柌┦浚痪S羅妮卡·羅曼尼克23級，物理專業(yè)。圖像：uux.cn/拜倫·馬爾多納多攝于斯克蘭頓大學(xué)
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是在2017年日全食和2023年日環(huán)食期間完成的類似工作之后進(jìn)行的。
弗里塞爾說:“在2017年日食期間，我們發(fā)現(xiàn)電離層的行為與夜間非常相似。無線電信號傳播得更遠(yuǎn)了，通常在夜間效果最好的頻率也變得可用了。弗里塞爾希望繼續(xù)對日食和晝夜周期進(jìn)行比較，評估電離層的變化范圍，并將結(jié)果與計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行比較。
雷迪約夫
一些無線電信號不會從電離層反彈回來——相反，它們會穿過電離層。我們的太陽不斷受到磁爆發(fā)的影響，其中一些會產(chǎn)生射電暴。這些長波長的能量爆發(fā)可以被地球上的無線電接收器探測到。但首先它們必須穿過電離層，電離層不斷變化的特性會影響這些信號是否以及如何到達(dá)接收器。
這張?zhí)柕纳潆妶D像是由天文學(xué)家斯蒂芬·懷特（馬里蘭大學(xué)）用射電望遠(yuǎn)鏡拍攝的。射電輻射是用甚大陣列射電望遠(yuǎn)鏡在4.6千兆赫的波長上探測到的。這張圖片顯示了太陽黑子上方百萬度氣體的明亮區(qū)域（紅色和黃色）。致謝:uux.cn/NRAO / AUI /國家科學(xué)基金會
RadioJOVE項(xiàng)目是一個由公民科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，致力于記錄來自太空特別是木星的無線電信號。日全食期間，RadioJOVE的參與者將專注于太陽。使用他們自己安裝的無線電天線套件，他們將在日食之前、期間和之后記錄太陽射電暴。
在2017年日食期間，一些參與者記錄到了強(qiáng)度降低的太陽射電暴。但是還需要更多的觀察才能得出確切的結(jié)論。“通過更好的培訓(xùn)和更多的觀測者，我們將獲得更好的覆蓋范圍，以進(jìn)一步研究通過電離層的無線電傳播，”中田納西州立大學(xué)教授、RadioJOVE創(chuàng)始成員查克·希金斯說?！拔覀兿Ｍ谔栁锢韺W(xué)大年及以后繼續(xù)進(jìn)行更長期的觀測?！?
作者:休閑
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