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ArohBarjatya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/KrystoferKim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。GeophysicalResearchLetters,44(24),12,067-12,073.https://doi.org/10.1002/2017GL076054.APEP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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426211.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426211.htm

开创性实验从日全食中收集到独特的太阳数据

开创性实验从日全食中收集到独特的太阳数据这张经过处理的4月8日日食高清图像显示了太阳的日冕（其最外层大气），其人工色彩显示了光的偏振或方向。达拉斯的公民科学家通过西南研究院领导的公民美洲大陆望远镜日食（CATE）2024实验收集了这些数据。资料来源：西南研究所/公民CATE2024/RiteshPatel/DanSeaton几乎同时进行的一项调查使用了安装在美国国家航空航天局WB-57F研究飞机上的独特设备来追逐日食阴影，从而实现了只能从鸟瞰角度进行的观测。两个项目的首席研究员阿米尔-卡斯皮博士说："日全食相对罕见，为科学家研究太阳可见表面上方的高温大气层提供了独特的机会。不仅如此，通过CATE2024，日食还为沿途的科学家和社区提供了一次亲密接触的经历，共同分享这一令人难以置信的震撼事件。我们希望公众能对太阳及其奥秘产生新的兴趣和认识。这些初步图像来自NASAWB-57喷气式飞机上搭载的一套新的灵敏、高速、可见光和红外成像仪，显示了2024年4月8日日食期间在四个波长范围内可见的日冕和突出物。今后，西南研究所的科学家们将通过对丰富而复杂的数据进行处理和分析，大大改进这些图像。资料来源：西南研究所/CitizenCATE2024/RiteshPatel/DanSeaton日全食让科学家们能够以任何其他方式都不可能或不切实际的方式观测到太阳外层大气复杂而动态的特征，为我们了解日冕打开了新的窗口。日冕发出的微弱光线通常会被太阳本身的强烈亮度所掩盖，而且某些波长的光线会被地球大气层阻挡。公民科学在行动CATE2024部署了一个由35个社区参与者（或称"公民科学家"）组成的网络，他们代表日食沿途的当地社区，在日食跨国路径上部署了由小型望远镜组成的"水桶大队"。CATE2024的科学目标要求测量日冕中光的偏振或振荡光波的方向。Caspi说："你对这个很熟悉，因为有时你会在脸上戴一个偏振滤镜--太阳镜，它可以过滤掉某些角度的偏振光。西铁城CATE2024望远镜的传感器每个像素上都有一个偏振滤光片，使我们能够测量日冕各处四个不同的偏振角度，提供了比测量光的亮度更多的信息"。高空太阳能研究卡斯皮还领导了一个在日食期间从5万英尺高空观测日冕的空中项目。这些高空观测既能提供地面无法进行的测量，又能避免任何与天气有关的风险。Caspi的团队在一架WB-57喷气式飞机的机头锥体上安装了一套新的灵敏、高速、可见光和红外成像仪，该成像仪由美国宇航局兰利研究中心的SCIFLI团队制造。在全国各地，包括200多名志愿者在内的35个团队使用由SwRI领导的CitizenCATE2024实验提供的望远镜收集日食数据。TheresaCostilow、CarlynRocazella、Susan和BobBenedict穿着日食2024的服装，在俄亥俄州Kingsville的一个露营地观测4月8日的日食，并品尝主题月饼。图片来源：西南研究所/公民CATE2024用新的波长和新的偏振测量方法观察日冕中的复杂运动，将有助于科学家了解日冕为何如此炎热。日冕的温度高达数百万摄氏度，是下面可见表面温度的数百倍，这是一个奇怪的悖论，也是一个长期存在的科学谜团。日冕也是导致地球周围地磁暴的主要爆发源之一。这些现象会损坏卫星，导致电网停电，干扰通信和GPS信号，因此，随着世界对这些系统的依赖程度越来越高，更好地了解它们非常重要。SwRI共同研究员DanSeaton博士是这两个项目的科学负责人，他表示："将机载移动数据与CATE2024长达一小时的连续观测相结合，将更全面地了解太阳神秘的日冕。"Caspi说："这两项实验都需要巨大的努力和精确的时间安排才能获得我们需要的数据。我很荣幸也很敬畏这支才华横溢的团队，他们在一起工作得如此勤奋。我已经迫不及待地想要研究我们收集到的数据了。"SwRI领导的机载团队包括来自美国国家大气研究中心高空天文台、美国宇航局兰利研究中心和PredictiveSciencesInc.SwRI领导的CATE2024项目由国家科学基金会和美国国家航空航天局资助，包括来自国家大气研究中心、国家太阳观测站、科罗拉多大学大气与空间物理实验室和空间科学研究所的科学家，新墨西哥州立大学和生计知识交流网络的合作者，莱斯大学、印第安纳大学布卢明顿分校和缅因大学的社区领袖，以及日食路径沿线35个社区的200多名社区参与者。有关这些项目的更多信息，请访问：https://eclipse.boulder.swri.edu...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428609.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428609.htm

由神经网络提供算力 天文学家们整理出更精确的地球电离层模型

由神经网络提供算力天文学家们整理出更精确的地球电离层模型为了补偿电离层的延迟（这是全球导航卫星系统应用中的一个主要误差来源），可以利用电离层的模型及其波动的动态电荷分布。来自GFZ德国地球科学研究中心的研究人员ArtemSmirnov和YuriShprits已经推出了一个新的电离层模型。这个模型基于神经网络和19年的卫星测量数据，发表在《科学报告》杂志上。特别是，它可以比以前更精确地重建顶部电离层，即电离层的上部富含电子的部分。因此，它也是电离层研究进展的重要基础，可应用于电磁波传播的研究或某些空间天气事件的分析，例如。某一时间点地球周围电离层的电子密度：红色为高值，蓝色为低值。白线标志着地磁赤道。资料来源：Smirnov等人（2023）--科学报告背景：电离层的重要性和复杂性地球的电离层是上层大气的区域，高度约为60至1000公里。在这里，电子和正离子等带电粒子占主导地位，由太阳的辐射活动引起--因此得名。电离层对许多科学和工业应用很重要，因为带电粒子影响了电磁波的传播，如无线电信号。所谓无线电信号的电离层传播延迟是卫星导航最重要的干扰源之一。这与所穿越的空间中的电子密度成正比。因此，对电子密度的良好了解可以帮助纠正信号。特别是电离层的上部区域，即600公里以上，是值得关注的，因为80%的电子都聚集在这个所谓的顶部电离层。问题是，电子密度变化很大--取决于地球上方的经度和纬度、一天中的时间和年份以及太阳活动。这使得重建和预测它们变得很困难，例如，校正无线电信号的基础。地球周围电离层的电子密度在三个整天内的变化动画：红色为高值，蓝色为低值。白线标志着地磁赤道。资料来源：Smirnov等人（2023）--科学报告以前的模型电离层中的电子密度有多种建模方法，其中，国际参考电离层模型IRI，自2014年以来一直被认可。它是一个经验模型，根据对观测数据的统计分析，建立了输入和输出变量之间的关系。然而，它在顶层电离层这一重要领域仍有弱点，因为以前在该区域收集的观测数据覆盖有限。然而，最近，这一地区已经有了大量的数据。因此，机器学习（ML）方法适合于从中推导出规律性，特别是复杂的非线性关系。一个使用机器学习和神经网络的新方法来自GFZ德国地球科学研究中心的一个团队，围绕ArtemSmirnov（博士生和该研究的第一作者）和YuriShprits（"空间物理和空间天气"部门的负责人和波茨坦大学的教授），采取了一种新的基于ML的经验方法。为此，他们使用了19年来的卫星任务的数据，特别是CHAMP、GRACE和GRACE-FO，这些任务是由GFZ和COSMIC合作完成的，并且正在大力合作。这些卫星测量了电离层不同高度范围内的电子密度，涵盖了不同的年度和地方时间以及太阳周期。在神经网络的帮助下，研究人员随后为顶部电离层的电子密度开发了一个模型，他们称之为NET模型。他们使用了所谓的MLP方法（多层感知器），该方法反复学习网络权重，以非常高的精度再现数据分布。研究人员用其他三个卫星任务的独立测量结果测试了该模型。对新模型的评价"我们的模型与测量结果非常一致：它可以很好地重建顶部电离层所有高度范围内的电子密度，在全球范围内，在一年中的所有时间和一天中，以及在不同的太阳活动水平下，它的准确性大大超过了国际参考电离层模型IRI。此外，它还连续覆盖了太空，"第一作者ArtemSmirnov总结说。YuriShprits补充说："这项研究代表了电离层研究的范式转变，因为它表明电离层密度可以以非常高的精度进行重建。NET模型再现了支配顶部电离层动态的众多物理过程的影响，可以在电离层研究中具有广泛的应用。"电离层研究中可能的应用研究人员看到了可能的应用，例如，在波的传播研究中，校准通常具有未知基线偏移的新电子密度数据集，以背景模型的形式进行断层重建，以及分析特定的空间天气事件和进行长期电离层重建。此外，开发的模型可以连接到等离子体高度，因此可以成为IRI的一个新的最佳选项。所开发的框架允许无缝纳入新数据和新数据源。模型的再训练可以在标准的个人电脑上完成，并且可以定期进行。总的来说，NET模型代表了对传统方法的重大改进，并突出了基于神经网络的模型的潜力，为依赖GNSS的通信和导航系统提供更准确的电离层表示。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357415.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357415.htm

太阳耀斑爆发，将带来哪些影响？

太阳耀斑爆发，将带来哪些影响？国家空间天气监测预警中心首席预报员陈安芹表示，太阳耀斑爆发时，会引起向阳面地球电离层的扰动，从而影响导航定位系统、航空通信、短波通讯以及其他应急通讯等。太阳耀斑爆发时还可能伴随太阳质子事件和日冕物质抛射，大量的高能粒子到达地球附近，可能会毁坏地球轨道上的卫星，威胁宇航员的生命安全；日冕物质抛射到达地球附近时，会引起地球磁场扰动甚至地磁暴，影响长距离输电网和输油管线，还会影响卫星发射活动，尤其对低轨卫星的影响更大。（新华社）

NASA太阳动力学观测站又一次见证了强大的X1.0级太阳耀斑

NASA太阳动力学观测站又一次见证了强大的X1.0级太阳耀斑太阳耀斑是太阳大气中突然而大量的能量释放，通常与太阳黑子和磁活动有关。这些耀斑是太阳系中最大的爆炸事件，将带电粒子束和电磁辐射喷射到太空中。太阳耀斑主要是通过它们发出的多种波长的光来观察的，从无线电波到伽马射线。太阳耀斑强度的分类通常涉及测量从地球轨道上的卫星检测到的1至8埃范围内的X射线通量。最常用的系统将它们分为A、B、C、M或X级，其中A级最小，X级最大。在每个级别中，从1到9的数字范围进一步表示强度（X级耀斑除外，其可以超过9）。NASA的太阳动力学观测站(SDO)于2010年2月启动，其任务旨在研究太阳变化的原因及其对地球的影响。目标是帮助我们了解太阳磁场是如何产生和构造的，以及如何将储存的磁能以太阳风、高能粒子和太阳辐照度变化的形式转换并释放到日光层和地球空间。（环绕地球运行的SDO卫星的艺术家概念图。）图片来源：NASA太阳耀斑会对地球产生一系列影响。最直接的影响是对地球电离层的影响，耀斑的辐射可能会导致突然的电离层扰动(SID)，从而扰乱高频(HF)无线电通信。更严重的耀斑，尤其是X级耀斑，可能会导致无线电中断持续几分钟到几个小时。与太阳耀斑相关的带电粒子，特别是当伴随日冕物质抛射（CME）时，由于辐射水平增加，也可能对太空中的卫星和宇航员构成威胁。随着时间的推移，这可能会降低卫星电子设备的性能，并对宇航员的健康造成危害。此外，当这些带电粒子到达地球磁场时，它们会引起地磁风暴。这些风暴可能会带来美丽的极光，但也会破坏电网，可能导致大范围停电。事实上，有记载的最大的地磁风暴——1859年的卡灵顿事件正是由强大的太阳耀斑引发的，导致欧洲和北美的电报系统瘫痪，有报告称操作员受到电击，电报塔甚至还迸出火花。此外，太阳耀斑会对地球气候产生影响，尽管这仍然是一个正在进行的研究领域。一些科学家认为，长时间的太阳耀斑活动频繁可能会对地球气候产生轻微的变暖影响，而太阳耀斑活动较低的时期可能会产生轻微的降温影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368885.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368885.htm

官方发布黄色预警：未来3天太阳仍有可能爆发M/X级以上耀斑

官方发布黄色预警：未来3天太阳仍有可能爆发M/X级以上耀斑该现象是指，太阳表面抛洒出大量高能物质，造成了地球磁场的严重扰乱，有大有小。据悉，日冕物质抛射的级别分为A、B、C、M、X五个级别，其中A为最小级别，X为最大级别。太阳耀斑会影响向阳面的地球电离层，短波通信、导航定位以及海上搜救，还有一些应急通信，都是跟电离层状态息息相关。这一类灾害正随着人类太空科技的进步而逐渐凸显出来，尤其是对卫星、航天器安全，以及航空、通信、导航等领域产生影响和危害。不过，由于地球大气层和磁场的保护，其对地面人员的影响通常是有限的。但有医生指出，太阳活动和磁场干扰的增加，可能会引起老年人的血压变化，最近几天，对于高血压高危群体，应做好血压监测。对于普通公众，这类太阳活动不会造成可观的直接危险。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430108.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430108.htm