Od dawna przewidywano, że zaćmienie Słońca spowoduje falę łukową w jonosferze Ziemi. Zaćmienie z sierpnia 2017 r. - zwane „Wielkim Zaćmieniem Ameryki”, ponieważ przekroczyło kontynentalne USA - dało naukowcom szansę przetestowania tej prognozy. Naukowcy z Obserwatorium Haystacka w MIT wykorzystali ponad 2000 odbiorników GNSS (Global Navigation Satellite System) w kontynentalnych Stanach Zjednoczonych, aby po raz pierwszy zaobserwować ten rodzaj fali dziobowej.
Wielka Amerykańska Zaćmienie zajęło 90 minut, aby przejść przez USA, a całość trwała tylko kilka minut w dowolnym miejscu. Gdy cień Księżyca poruszał się po USA z prędkością naddźwiękową, spowodował gwałtowny spadek temperatury. Po przejściu dalej temperatura znów wzrosła. To szybkie nagrzewanie i chłodzenie spowodowało jonosferyczną falę dziobową.
Sama fala dziobowa składa się z wahań zawartości elektronów w jonosferze. Odbiorniki GNSS zbierają bardzo dokładne dane dotyczące TEC (całkowitej zawartości elektronów) jonosfery. Ta animacja pokazuje falę dziobową zawartości elektronów poruszającą się po Stanach Zjednoczonych.
Szczegóły tej fali dziobowej zostały opublikowane w artykule Shun-Rong Zhanga i współpracowników z Obserwatorium Haystacka MIT oraz współpracowników z University of Tromso w Norwegii. W swoim artykule wyjaśniają to w następujący sposób: „Cień zaćmienia ma naddźwiękowy ruch, który [generuje] atmosferyczne fale dziobowe, podobne do szybko poruszającej się łodzi rzecznej, z falami rozpoczynającymi się w niższej atmosferze i rozprzestrzeniającymi się w jonosferę. Przejście zaćmienia generowało czyste jonosferyczne fale dziobowe w zaburzeniach zawartości elektronów emanujących z całości głównie w środkowej / wschodniej części Stanów Zjednoczonych. Badanie cech fal ujawnia złożone wzajemne powiązania między słońcem, księżycem i neutralną atmosferą Ziemi i jonosferą ”.
Jonosfera rozciąga się na wysokości od około 50 km do 1000 km w ciągu dnia. Pęcznieje, gdy promieniowanie słoneczne dociera do Ziemi i zanika w nocy. Jego rozmiar zawsze zmienia się w ciągu dnia. Nazywa się to jonosferą, ponieważ jest to region, w którym znajdują się naładowane cząstki wytwarzane przez promieniowanie słoneczne. Jonosfera jest także miejscem występowania zorzy. Ale co ważniejsze, to tutaj rozprzestrzeniają się fale radiowe.
Jonosfera odgrywa ważną rolę we współczesnym świecie. Pozwala falom radiowym przemieszczać się po horyzoncie, a także wpływa na komunikację satelitarną. Ten obraz pokazuje niektóre złożone sposoby interakcji naszych systemów komunikacyjnych z jonosferą.
W jonosferze dużo się dzieje. Istnieją różne rodzaje fal i zakłóceń oprócz fali dziobowej. Lepsze zrozumienie jonosfery jest ważne w naszym współczesnym świecie, a sierpniowe zaćmienie dało naukowcom szansę nie tylko na obserwację fali dziobowej, ale także na bardziej szczegółowe badanie jonosfery.
Dane GNSS wykorzystane do obserwacji fali dziobowej były również kluczowe w innym badaniu. Ten został również opublikowany w czasopiśmie Geophysical Research Letters, a kierował nim Anthea Coster z Obserwatorium Haystacka. Dane z sieci GNSS wykorzystano do wykrycia całkowitej zawartości elektronów (TEC) i różnicowej TEC. Następnie przeanalizowali te dane pod kątem kilku rzeczy podczas przejścia zaćmienia: reakcji wzdłużnej i podłużnej TEC oraz obecności wszelkich podróżujących zaburzeń jonosferycznych (TID) na TEC.
Prognozy wykazały 35% redukcję TEC, ale zespół był zaskoczony, widząc redukcję do 60%. Byli również zaskoczeni, gdy znaleźli struktury o podwyższonym współczynniku TEC w Górach Skalistych, choć tego nigdy nie przewidywano. Struktury te są prawdopodobnie związane z falami atmosferycznymi powstającymi w niższej atmosferze przez Góry Skaliste podczas zaćmienia Słońca, ale ich dokładna natura musi zostać zbadana.
„… Gigantyczny aktywny niebiański eksperyment dostarczony przez słońce i księżyc”. - Phil Erickson, asystent reżysera w Obserwatorium Haystacka.
„Od pierwszych dni komunikacji radiowej ponad 100 lat temu zaćmienia mają duży, a czasem nieoczekiwany wpływ na zjonizowaną część ziemskiej atmosfery i sygnały, które przez nią przechodzą”, mówi Phil Erickson, asystent reżysera w Haystack i prowadzić grupę nauk atmosferycznych i geoprzestrzennych. „Te nowe wyniki badań prowadzonych przez Haystacka są doskonałym przykładem tego, jak wiele jeszcze trzeba się dowiedzieć o naszej atmosferze i jej złożonych interakcjach poprzez obserwację jednego z najbardziej spektakularnych widoków natury - gigantycznego aktywnego eksperymentu niebieskiego, dostarczanego przez słońce i księżyc. Siła nowoczesnych metod obserwacyjnych, w tym radiowych czujników zdalnych szeroko rozpowszechnionych w Stanach Zjednoczonych, była kluczem do ujawnienia tych nowych i fascynujących funkcji. ”
Wielkie zaćmienie Ameryki przyszło i odeszło, ale szczegółowe dane zebrane podczas 90-minutowego „niebieskiego eksperymentu” będą przez jakiś czas badane przez naukowców.
