Zatmění Slunce zatmění v atmosféře Země

Přestože „Velké americké zatmění“ je za námi mnoho měsíců, stále se učíme nové věci o tom, jak průchod stínů Měsíce ovlivnil naši atmosféru.

Vědci Země se zajímají zejména o studium elektrifikovaných vrstev umístěných 80 až 1 000 km (50 až 600 mil) nad zemí, známých jako ionosféra. Zažil drastický šok, když Měsícova umbra přišla a krátce vypnula svůj jediný zdroj energie: Slunce.

Ultrafialové světlo ze Slunce rozděluje molekuly v nejvzdálenější vrstvě zemské atmosféry. I když jsou tyto molekuly v tak vysokých nadmořských výškách velmi malé a vzdálené, mají ionizovatelné měřitelné účinky, jako jsou odrazy rádiových vln zpět na Zemi. (Neměli bychom mít rádiový příjem, pokud ne pro ionosféru.) Přesto během noci, bez příkonu Slunce, některé vrstvy ionosféry úplně zmizí.

Hustota elektronů v ionosféře se dramaticky liší mezi dnem a nocí.
Dieter Bilitza et al / Journal of Geodesy (2011)

V loňském letním období bylo poprvé pozorováno působení slunečního záření ve formě ionosférických příďových vln. Tento jev byl dlouho podezřelý, ale nikdy nebyl pozorován.

Zatímco úplné zatmění Slunce zdaleka nejsou ojedinělé nebeské události - vyskytující se v průměru asi jednou za 18 měsíců někde na Zemi - minulá srpnová cesta k souboji mezi sousedními USA byla první takovou okolností od roku 1918. Byla to tato neobvyklá stínová trajektorie to umožnilo vědcům z Haystack Observatory MIT a University of Tromsø v Norsku, aby provedli definitivní pozorování zatmění indukovaných vln.

Týmy využívaly systém GPS Global Positioning System (GPS), soustavu satelitů, které umí najít přijímač kdekoli na světě - a také poskytují přesné údaje o celkovém elektronovém obsahu ionosféry ve vysokém rozlišení. V srpnu minulého roku vědci studovali během 14 000 kilometrů, 91 minut chůze po 14 státech, údaje o obsahu ionosférického elektronového obsahu shromážděné obrovskou sítí více než 2 000 mimořádně citlivých přijímačů umístěných po celé zemi.

Výsledek?

Zatmění generovalo jasné ionosférické příďové vlny při poruchách obsahu elektronů vyplývajících z totality, které byly nejzřetelněji pozorovány ve střední a východní části USA

Vlny přídě jsou pozorovány vždy, když objekt střílí přes médium rychleji než vlny v tomto médiu mohou cestovat. Například motorový člun vybuduje podél přídi vodu, která se pohybuje rychleji, než se mohou pohybovat vlny ve vodě.

Vlna vody se tvořila na přídi USS Connecticut během lodních rychlostních zkoušek v roce 1906.
US Naval History and Heritage Command Photograph

Podobně, když proud letí, vytváří před ním neviditelné tlakové vlny. Jak proud letí rychleji a rychleji, tlakové vlny se nemohou navzájem dostat z cesty. Nakonec, když proud dosáhne nadzvukových rychlostí, vlny se stlačí dohromady do jediné vlny přídě. Všichni, kdo jsou v úzké stezce pod letovou dráhou, budou moci slyšet zvukový rozmach, když prochází nad hlavou.

Během zatmění Slunce se nadzvukovou rychlostí pohyboval stín Měsíce. V článku publikovaném loni v prosinci v časopise Geophysical Research Letters Haystack's Shunrong Zhang a jeho kolegové napsali:

„Stín zatmění má nadzvukový pohyb, který [vytváří] atmosférické vlnové vlny, podobné rychle se pohybující říční lodi, přičemž vlny začínají v nižší atmosféře a šíří se do ionosféry. [Takové] studium vlnových charakteristik odhaluje složitá propojení mezi Sluncem, Měsícem a neutrální atmosférou Země a ionosférou. “

Vědci se již bezpochyby těší na opakování tohoto fascinujícího experimentu při příštím úplném zatmění Slunce, které proběhne 8. dubna 2024 ve Spojených státech. Zatímco stín Měsíce nepůjde od pobřeží k pobřeží, jeho 3 400 km dlouhá stezka, která je téměř o 80 km širší než stezka úplnosti v roce 2017, bude procházet středními a východními USA, od Texasu po Maine.