NASA探空火箭将在2024年日全食期间深入研究日食现象

NASA探空火箭将在2024年日全食期间深入研究日食现象 日食路径附近的大气扰动(APEP)探空火箭将从美国宇航局位于弗吉尼亚州的沃勒普斯飞行设施发射,以研究月球与太阳日食时电离层产生的扰动。探空火箭曾在2023年10月日环食期间从新墨西哥州白沙试验设施发射并成功回收。这些探空火箭经过整修,配备了新的仪器,将于 2024 年 4 月重新发射。这次任务由佛罗里达州恩布里-里德尔航空大学工程物理学教授 Aroh Barjatya 领导,他是该校空间与大气仪器实验室的主任。这张照片显示的是成功组装后的三枚 APEP 探空火箭和支持团队。团队负责人阿罗-巴尔贾提亚站在二楼护栏旁,位于中间上方。资料来源:美国国家航空航天局/贝里特-布兰德日食对电离层和通信的影响探空火箭将在三个不同时间发射:分别在日食高峰前 45 分钟、日食期间和日食后 45 分钟发射。这些时间间隔对于收集有关太阳突然消失如何影响电离层的数据非常重要,电离层产生的扰动有可能干扰我们的通信。电离层是地球大气层中的一个区域,距离地面 55 到 310 英里(90 到 500 公里)。"电离层是一个电气化区域,它反射和折射无线电信号,并在信号通过时影响卫星通信,"Barjatya 说。"了解电离层并开发模型来帮助我们预测干扰,对于确保我们这个日益依赖通信的世界顺利运行至关重要。"这个概念动画是观测者在日全食(如 2024 年 4 月 8 日发生在美国上空的日全食)期间可能看到的景象的一个示例。美国国家航空航天局科学可视化工作室电离层研究的挑战和机遇电离层是地球低层大气(我们生活和呼吸的地方)与真空空间之间的边界。电离层由被太阳能量或太阳辐射电离或带电的粒子组成。当夜幕降临时,电离层会逐渐变薄,因为之前电离的粒子会松弛下来,重新聚合成中性粒子。然而,地球的陆地天气和太空天气会对这些粒子产生影响,使电离层成为一个动态区域,很难知道电离层在特定时间会是什么样子。动画描述了电离层在 24 小时内的变化。红色和黄色区域代表白天的高密度电离粒子。紫色点代表夜间的中性、松弛粒子。资料来源:NASA/Krystofer Kim通常很难利用卫星研究日食期间电离层的短期变化,因为卫星可能无法在正确的地点或时间穿过日食路径。由于日全食的确切日期和时间是已知的,美国国家航空航天局可以发射有针对性的探空火箭,在适当的时间和电离层的所有高度研究日食的影响。当食影穿过大气层时,会产生快速的局部日落,引发大尺度大气波浪和小尺度扰动或扰动。这些扰动会影响不同的无线电通信频率。收集有关这些扰动的数据将有助于科学家验证和改进当前的模型,这些模型有助于预测我们的通信,尤其是高频通信可能受到的干扰。动画描述了 2017 年日全食期间电离粒子产生的波。资料来源:麻省理工学院海斯塔克天文台/张顺荣。Zhang, S.-R., Erickson, P. J., Goncharenko, L. P., Coster, A. J., Rideout, W. & Vierinen, J. (2017).2017 年 8 月 21 日日食诱发的电离层弓波和扰动。Geophysical Research Letters, 44(24), 12,067-12,073.火箭的最大飞行高度预计为 260 英里(420 公里)。每枚火箭将测量带电粒子和中性粒子密度以及周围的电场和磁场。Barjatya解释说:"每枚火箭都将弹射出四个二级仪器,大小相当于一个两升的汽水瓶,同样测量相同的数据点,因此它与15枚火箭的结果类似,但只发射了3枚。每枚火箭上的三个辅助仪器由安柏里德尔公司制造,第四个由新罕布什尔州的达特茅斯学院制造。"除火箭外,美国的几个小组还将通过各种手段对电离层进行测量。恩布里-里德尔大学的一个学生小组将部署一系列高空气球。马萨诸塞州麻省理工学院海斯塔克天文台和新墨西哥州空军研究实验室的合作研究人员将操作各种地面雷达进行测量。利用这些数据,恩布里-里德尔大学和约翰-霍普金斯大学应用物理实验室的科学家团队正在完善现有模型。这些不同的调查将有助于为了解电离层动力学的全貌提供所需的拼图。探空火箭能够在距离地球表面 30 到 300 英里的高空携带科学仪器。这些高度对于科学气球来说通常太高,而对于卫星来说又太低,无法安全到达,因此探空火箭就成了能在这些区域进行直接测量的唯一平台。资料来源:美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心期待即将到来的日全食当 APEP 探空火箭在 2023 年日环食期间发射时,科学家们看到,当日环食阴影掠过大气层时,带电粒子的密度急剧下降。Barjatya说:"我们在第二枚和第三枚火箭上看到了能够影响无线电通信的扰动,但在当地日食峰值之前的第一枚火箭上却没有看到。我们非常期待在日全食期间重新发射它们,看看扰动是否从相同的高度开始,其幅度和范围是否保持不变"。美国毗连地区的下一次日全食要到 2044 年才会发生,因此这些实验是科学家收集关键数据的难得机会。APEP发射将通过美国宇航局瓦勒普斯飞行设施的官方YouTube页面进行直播,并在美国宇航局的日全食官方广播中播出。公众还可以从下午 1 点到 4 点在美国宇航局瓦勒普斯飞行设施游客中心亲自观看发射。编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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追逐阴影:NASA以喷气燃料探索太阳的秘密 美国国家航空航天局的 WB-57 喷气机将捕捉 2024 年日食的空前景象,研究日冕和电离层,以加深对太阳和大气动力学的了解。2024 年 4 月 8 日的日全食将为北美各地带来令人惊叹的美景。虽然日食路径沿线晴空万里的任何人都能看到这一壮观景象,但最佳视角可能是在 5 万英尺的高空,在美国宇航局的 WB-57 喷气式飞机上。美国国家航空航天局(NASA)资助的三个团队将在那里派出科学仪器对日食进行测量。美国国家航空航天局(NASA)资助的三支团队将在那里派出科学仪器对日食进行测量。资料来源:美国国家航空航天局两个小组将对太阳的外层大气日冕进行成像,第三个小组将对电离层地球大气层的上层带电层进行测量。这些信息将帮助科学家更好地了解日冕的结构和温度、太阳对地球大气层的影响,甚至有助于寻找可能在太阳附近运行的小行星。日全食期间,月球完美地遮住了太阳的亮光,使地球上的一小块区域陷入黑暗。太阳的主光被遮住后,肉眼就能看到暗淡得多的日冕。这为科学家研究太阳的这一神秘区域提供了独特的机会。短暂的阳光遮挡还能让科学家研究太阳光如何影响地球大气层。过去,日食推动了无数科学发现。对于这次日食,美国国家航空航天局正在资助几项科学实验包括使用 WB-57 飞机进行的三项实验在日食期间进行测量。美国国家航空航天局的 WB-57 飞机比商用飞机飞得高得多。这一高度使喷气式飞机能够飞越云层,这意味着不会因恶劣天气而错过日食。此外,喷气式飞机的飞行高度使其处于地球大部分大气层之上,这使得相机能够拍摄出更清晰的图像,并捕捉到无法到达地面的红外光等波长。由于飞机能以每小时 460 英里的速度飞行,它们还能延长在月影中停留的时间。虽然月食在地面上任何一点的持续时间都不会超过四分半钟,但飞机看到的月食持续时间将延长约 25%,超过 6 分 22 秒。该地图显示了 2024 年日全食的路径。横跨大陆的深色路径就是全食路径。通过沿着这条路径飞行,WB-57 将延长在全食中停留的时间。资料来源:NASA/科学可视化工作室/Michala Garrison;日食计算:NASA 戈达德太空飞行中心 Ernie Wright夏威夷大学研究员 Shadia Habbal 是 WB-57 日食实验的负责人之一。他的实验将搭载记录特定波长光线的光谱仪和照相机。这些仪器将测量日冕和日冕物质抛射的温度和化学成分,日冕物质抛射是太阳物质的大爆发。利用这些数据,科学家们旨在更好地了解日冕的结构,并确定太阳风(太阳不断发射的粒子流)的来源。Habbal希望他们的研究结果有助于区分不同的日冕受热模式,他说:"这盏灯是我们在日冕中插入温度计之外最好的探测器。"美国宇航局/欧空局的太阳和日光层天文台(SOHO)拍摄到了 2023 年 3 月 13 日日冕物质抛射的视频。资料来源:NASA/ESA/SOHO对于科罗拉多州博尔德西南研究所阿米尔-卡斯皮领导的另一个团队来说,这并不是他们第一次用飞机追逐日食。在2017年日全食期间,Caspi曾带领WB-57飞机进行了一次开创性的实验,日全食从海到海横穿了美国。喷气机拍摄的图像被用来研究日冕的结构。那是第一次利用喷流研究日食。这一次,改进后的相机设置将允许测量从红外线到可见光的更多波长,有望揭示有关中冕和下冕结构的新信息。使用高分辨率高速相机进行的观测还有助于研究环绕太阳的尘埃环,并帮助搜寻可能在太阳附近运行的小行星。卡斯皮说:"在我们将要研究的一些波长上,太阳的数据并不多。我们不知道会发现什么,所以进行这些测量特别令人兴奋"。第三个实验将使用一种称为电离层探测仪的仪器研究月球阴影对电离层的影响,该仪器由 JHU APL 设计。电离层探测仪的功能类似于一个简单的雷达。该装置发出高频无线电信号,并聆听其在电离层上的回声,从而使研究人员能够测量电离层的带电程度。电离层项目负责人、弗吉尼亚州布莱克斯堡弗吉尼亚理工大学研究助理教授巴拉特-昆杜里(Bharat Kunduri)说:"日食基本上是一个受控实验。它让我们有机会了解太阳辐射的变化会如何影响电离层,而电离层的变化又会反过来影响雷达和全球定位系统等我们日常生活中依赖的一些技术。"编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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