Ce se întâmplă în atmosfera Pământului în timpul unei eclipse?

Pe măsură ce umbra lunii se îndreaptă în America de Nord pe 21 august, sute de entuziaști de radio își vor porni receptoarele – ploaie sau soare. Acești observatori nu sunt după soare. Ei sunt interesați de un înveliș de electroni la sute de kilometri deasupra capului, care este responsabil pentru spectacolele de lumini cerești, navigarea prin GPS și existența continuă a tuturor ființelor pământești.

Această parte a atmosferei, numită ionosferă, absoarbe radiațiile ultraviolete extreme de la soare, protejând viața de pe sol de efectele sale dăunătoare. „Ionosfera este motivul pentru care există viață pe această planetă”, spune fizicianul Joshua Semeter de la Universitatea din Boston.

Este, de asemenea, scena pentru expoziții strălucitoare, cum ar fi aurora boreală, care apare atunci când materialul încărcat din spațiul interplanetar străbate atmosfera. Și ionosfera este importantă pentru acuratețea semnalelor GPS și a comunicațiilor radio.

Acest strat al atmosferei se formează atunci când radiația de la soare scoate electroni de pe, sau ionizează, atomii și moleculele din atmosferă între aproximativ 75 și 1.000 de kilometri deasupra suprafeței Pământului. Aceasta lasă o zonă plină de electroni încărcați negativ care plutesc liber și ioni încărcați pozitiv, care deformează și împletește semnalele care trec prin ea.

Povestea continuă mai jos video

CORTINA DE LUMINĂ Ionosfera, un strat din atmosfera Pământului care reacționează puternic la activitatea solară, emite o strălucire roșu-verde atunci când razele solare o lovesc și scot electronii de pe atomi. Acest videoclip arată această strălucire a aerului așa cum este văzută de la Stația Spațială Internațională. NASA Goddard

Totuși, fără lumina directă a soarelui, ionosfera încetează să ionizeze. Electronii încep să se reunească cu atomii și moleculele pe care le-au abandonat, neutralizând încărcătura atmosferei. Cu mai puțini electroni liberi care sară în jur, ionosfera reflectă undele radio în mod diferit, ca o oglindă distorsionată.

Știm aproximativ cum se întâmplă acest lucru, dar nu exact. Eclipsa le va oferi cercetătorilor șansa de a examina procesul de încărcare și descărcare aproape în timp real.

„Eclipsa ne permite să privim din nou foarte rapid schimbarea de la lumină la întuneric la lumină”, spune Jill Nelson de la Universitatea George Mason din Fairfax, Virginia.

Joseph Huba și Douglas Drob de la Laboratorul de Cercetare Navală al SUA din Washington, DC, au prezis o parte din ceea ce ar trebui să se întâmple cu ionosferă în scrisorile de cercetare geofizică din 17 iulie. La altitudini mai mari, temperatura electronilor ar trebui să scadă cu 15%. Între 150 și 350 de kilometri deasupra suprafeței Pământului, densitatea electronilor care plutesc liber ar trebui să scadă cu un factor de doi pe măsură ce se reunesc atomilor, spun cercetătorii. Această scădere a electronilor care plutesc liber ar trebui să creeze o perturbare care se deplasează de-a lungul liniilor câmpului magnetic al Pământului. Acel ecou al ondulației induse de eclipsă în ionosferă poate fi detectabil până la vârful Americii de Sud.

Experimentele anterioare în timpul eclipselor au arătat că gradul de ionizare nu scade pur și simplu și apoi crește din nou, așa cum v-ați aștepta. Cantitatea de ionizare pe care o vedeți pare să depindă de cât de departe sunteți de a fi direct în umbra lunii.

Pentru un proiect numit Eclipse Mob, Nelson și colegii ei vor folosi voluntari din Statele Unite pentru a strânge date despre modul în care ionosfera răspunde atunci când soarele este blocat pentru scurt timp de cea mai mare suprafață terestră vreodată.

Configurare Eclipse Mob
FĂ-O SINGUR Participanții la experimentul crowdsource Eclipse Mob și-au adunat propriile receptoare din piesele pe care le-au primit într-un kit. Acesta este circuitul complet, care se poate conecta la mufa pentru căști a unui smartphone pentru a înregistra semnalele radio trimise de la transmițătoarele din Colorado și California. KC Kerby-Patel

Aproximativ 150 de participanți la Eclipse Mob au primit un kit de construcție pentru un mic receptor radio care se conectează la mufa pentru căști a unui smartphone. Alții și-au făcut propriile receptoare după ce proiectul a rămas fără truse. Pe 21 august, voluntarii vor primi semnale de la emițătoare radio și vor înregistra puterea semnalului înainte, în timpul și după eclipsă.

Nelson nu este sigur la ce să se aștepte la date, cu excepția faptului că acestea vor arăta diferit în funcție de locul în care se află receptorii. „Vom căuta modele”, spune ea. „Nu știu ce vom vedea.”

Semeter și colegii săi vor căuta efectul eclipsei asupra semnalelor GPS. Ei ar dori, de asemenea, să măsoare efectele eclipsei asupra ionosferei folosind smartphone-uri — în cele din urmă.

Pentru eclipsa de soare din acest an, ei vor observa semnale radio folosind o rețea existentă de receptoare GPS din Missouri și o vor intercala cu receptoare GPS mici și ieftine, similare celor din majoritatea telefoanelor. Eclipsa va crea un loc mare rece, declanșând valuri în atmosferă care se vor propaga departe de umbra lunii. Astfel de unde lasă o amprentă asupra ionosferei care afectează semnalele GPS. Echipa speră să combine date de înaltă calitate cu date mai dezordonate pentru a pune bazele experimentelor viitoare pentru a accesa mulțimea de smartphone-uri.

„Viziunea finală a acestui proiect este de a folosi toate cele 2 miliarde de smartphone-uri de pe planetă”, spune Semeter. Într-o zi, toată lumea cu un telefon ar putea fi un nod într-un telescop global.

Dacă funcționează, ar putea fi un salvator. Unde atmosferice similare au fost văzute radiind de la sursa cutremurului din 2011 în largul coastei Japoniei (SN Online: 16/06/11). „Cutremurul a făcut genul de lucru pe care îl va face eclipsa”, spune Semeter. Înțelegerea modului în care se formează și se mișcă aceste valuri ar putea ajuta la prezicerea cutremurelor în viitor.