Эксперименты НАСА по солнечному затмению дали интригующие ранние данные

Это изображение полного солнечного затмения представляет собой комбинацию из 30 50-миллисекундных экспозиций, сделанных камерой, установленной на одном из самолетов NASA WB-57 8 апреля 2024 года. Оно было запечатлено в длине волны света, испускаемого ионизированными атомами железа. Это излучение Fe XIV выделяет электрифицированный газ, называемый плазмой, при определенной температуре (около 3,2 миллиона градусов по Фаренгейту), которая часто обнаруживает аркообразные структуры в короне. Автор: B. Justen, O. Mayer, M. Justen, S. Habbal, and M. Druckmuller

8 апреля 2024 года полное солнечное затмение охватило Северную Америку, от западных берегов Мексики, через Соединенные Штаты и северо-восточную Канаду. Для затмения НАСА помогло профинансировать многочисленные исследовательские проекты и призвало ученых-любителей поддержать цель НАСА понять, как наша родная планета подвержена влиянию Солнца, в том числе, например, как наша звезда взаимодействует с атмосферой Земли и влияет на радиосвязь.

«Ученые и десятки тысяч добровольцев-наблюдателей находились по всей лунной тени», — сказала Келли Коррек, менеджер программы затмений в штаб-квартире NASA в Вашингтоне. «Их усилия были важнейшей частью Большого года гелиофизики — они помогли нам узнать больше о солнце и о том, как оно влияет на атмосферу Земли, когда свет нашей звезды временно исчезает из виду».

Изменения в короне

8 апреля в рамках проекта Citizen CATE 2024 (Continental-America Telescopic Eclipse) 35 наблюдательных групп из местных сообществ от Техаса до Мэна сделали снимки внешней атмосферы Солнца, или короны, во время полной фазы. Их цель — увидеть, как изменилась корона, когда полная фаза охватила континент.

10 декабря Сара Ковач, руководитель проекта CATE в Юго-Западном научно-исследовательском институте в Боулдере, штат Колорадо, сообщила, что, хотя некоторым группам помешали облака, большинство успешно наблюдали полное затмение, собрав в общей сложности более 47 000 изображений.

Эти изображения были сделаны в поляризованном свете, или свете, ориентированном в разных направлениях, чтобы помочь ученым лучше понять процессы, формирующие корону.

Ковач поделился первым монтажом фильма, созданного из этих изображений. Проект все еще сшивает все изображения в финальный часовой фильм, который будет выпущен позже.

«Прелесть CATE 2024 в том, что мы объединяем передовую профессиональную науку с представителями сообщества из всех слоев общества», — сказал Ковач. «Преданность делу каждого участника сделала этот проект возможным».

Тем временем на высоте 50 000 футов над землей два самолета NASA WB-57 преследовали тень затмения, пролетавшую над континентом, наблюдая за ней поверх облаков и увеличивая общее время наблюдения примерно до 6 минут и 20 секунд.

На борту находились камеры и спектрометры (приборы, анализирующие различные длины волн света), созданные несколькими исследовательскими группами для изучения короны.

10 декабря Шадия Хаббал из Гавайского университета, возглавлявшая одну из команд, сообщила, что их приборы собрали ценные данные, несмотря на одну проблему. Камеры, которые они установили на крыльях самолета, испытывали неожиданные вибрации, из-за чего некоторые изображения были слегка размыты.

Студенты из Университета Кейс Вестерн Резерв работают с радио во время полного солнечного затмения 2024 года. Автор: HamSCI/Case Western Reserve University

Однако все камеры запечатлели подробные изображения короны, а спектрометры, которые находились в носовой части самолета, не пострадали. Результаты оказались настолько успешными, что ученые уже планируют снова провести подобные эксперименты на самолете.

«WB-57 — замечательная платформа для наблюдений за затмениями, которую мы постараемся использовать для будущих затмений», — сказал Хаббал.

Влияние на атмосферу

8 апреля радиолюбители или "любительские" радиооператоры отправляли и принимали сигналы друг другу до, во время и после затмения в рамках Фестивалей ионосферной науки Ham Radio Science Citizen Investigation (HamSCI). Более 6350 радиолюбителей сгенерировали более 52 миллионов точек данных, чтобы наблюдать, как внезапная потеря солнечного света во время полного затмения влияет на их радиосигналы и ионосферу, электрифицированную область верхней атмосферы Земли.

Радиосвязь внутри и вне траектории полного затмения улучшилась на некоторых частотах (от 1 до 7 МГц), что свидетельствует об уменьшении ионосферного поглощения. На более высоких частотах (10 МГц и выше) связь ухудшилась.

Результаты, полученные с использованием другого метода, при котором высокочастотные радиоволны (3–30 МГц) отражались от ионосферы, показывают, что ионосфера поднялась на высоту во время затмения, а затем опустилась до своей нормальной высоты.

Тень затмения была запечатлена камерой на борту воздушного шара Virginia Tech в рамках проекта Nationwide Eclipse Ballooning Project 8 апреля 2024 года. Автор: Nationwide Eclipse Ballooning Project/Virginia Tech

«Проект объединяет радиолюбителей с научным сообществом», — сказал Натаниэль Фриссел, профессор Университета Скрантона в Пенсильвании и руководитель HamSCI. «Их преданность своему делу сделала это исследование возможным».

Также, изучая атмосферу, в рамках проекта Nationwide Eclipse Ballooning Project были организованы студенческие группы по всей территории США для запуска воздушных шаров в тень Луны, когда она пересекала страну в апреле 2024 года и во время солнечного затмения в октябре 2023 года. Команды запускали метеорологические датчики и другие приборы для изучения реакции атмосферы на холодную темную тень.

Это исследование, проведенное более 800 студентами, подтвердило, что затмения могут генерировать рябь в атмосфере Земли, называемую атмосферными гравитационными волнами. Так же, как волны образуются в озере, когда вода возмущена, эти волны также образуются в атмосфере, когда воздух возмущен.

Этот проект, возглавляемый Анджелой Де Жардинс из Университета штата Монтана в Бозмене, также подтвердил наличие этих волн во время предыдущих солнечных затмений. Ученые считают, что причиной этих волн является «сбой» в тропопаузе, слое в атмосфере Земли, похожий на атмосферный эффект, который наблюдается во время заката.

«У половины команд до проекта был небольшой или нулевой опыт полетов на воздушном шаре», — сказал Цзе Гун, научный эксперт команды и ученый по атмосфере в Центре космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. «Но их упорный труд и исследования сыграли решающую роль в этом открытии».

Источник: NASA's Goddard Space Flight Center