桑間濮上網2024年4月8日日全食：美國國家航空航天局資助的科學項目收聽“日食電臺”
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距離調幅和短波廣播至關重要。無線電運營商將他們的發射機對準天空，從這層和地球曲率周圍“反彈”信號，以將其廣播擴展數百甚至數千英里。
電離層是由太陽維持的。太陽光線將帶負電的電子從原子中分離出來，產生了帶正電的離子，電離層就是以此命名的。當夜幕降臨時，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——這是全球范圍內每日“呼吸”的循環。
日全食是一座科學金礦——一個觀察自然實驗進行情況的難得機會。4月8日，下面列出的三個美國國家航空航天局資助的項目是那些“關注”遮天蔽日帶來的變化的項目之一。
SuperDARN
超級雙極光雷達網，簡稱SuperDARN，是分布在世界各地的雷達的集合。他們從電離層反射無線電波并分析返回的信號。他們的數據揭示了電離層密度、溫度和位置（即運動）的變化。
2024年的日食將經過三個美國SuperDARN雷達。由弗吉尼亞理工學院和州立大學教授巴拉特·昆杜里領導的一個科學家小組一直在忙著為此做準備。
堪薩斯州海斯郊外SuperDARN雷達站的鳥瞰圖。圖片:uux.cn/海斯堡州立大學
昆杜里說:“日全食期間發生的太陽輻射變化會導致電離層‘變薄’。“在日食期間，SuperDARN將在特殊模式下運行，以更精細的時空尺度監測電離層的變化。”
昆杜里的團隊將把SuperDARN的測量結果與計算機模型的預測進行比較，以回答電離層如何對日食做出反應的問題。
哈姆西
雖然一些實驗依賴于大型射電望遠鏡，但其他實驗更多地依賴于人的力量。業余無線電科學公民調查（HamSCI）是美國國家航空航天局的一個公民科學項目，涉及業余或“業余”無線電操作員。4月8日，全國各地的業余無線電愛好者將嘗試在日食之前、期間和之后相互發送和接收信號。在賓夕法尼亞州斯克蘭頓大學物理學和工程學教授納撒尼爾·弗里塞爾的帶領下，HamSCI的參與者將分享他們的無線電數據，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。
學生們在校園里的哈姆無線電實驗室與弗里斯爾博士一起工作。simal Sami‘24（橙色），他是斯克蘭頓在STEM中的Magis榮譽計劃的一部分；弗里斯爾博士；維羅妮卡·羅曼尼克23級，物理專業。圖像：uux.cn/拜倫·馬爾多納多攝于斯克蘭頓大學
這項實驗是在2017年日全食和2023年日環食期間完成的類似工作之后進行的。
弗里塞爾說:“在2017年日食期間，我們發現電離層的行為與夜間非常相似。無線電信號傳播得更遠了，通常在夜間效果最好的頻率也變得可用了。弗里塞爾希望繼續對日食和晝夜周期進行比較，評估電離層的變化范圍，并將結果與計算機模型進行比較。
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的影響，其中一些會產生射電暴。這些長波長的能量爆發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接收器。
這張太陽的射電圖像是由天文學家斯蒂芬·懷特（馬里蘭大學）用射電望遠鏡拍攝的。射電輻射是用甚大陣列射電望遠鏡在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域（紅色和黃色）。致謝:uux.cn/NRAO / AUI /國家科學基金會
RadioJOVE項目是一個由公民科學家組成的團隊，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論。“通過更好的培訓和更多的觀測者，我們將獲得更好的覆蓋范圍，以進一步研究通過電離層的無線電傳播，”中田納西州立大學教授、RadioJOVE創始成員查克·希金斯說。“我們希望在太陽物理學大年及以后繼續進行更長期的觀測。”
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