2024年4月8日日全食：美国国家航空航天局资助的科学项目收听“日食电台”

魏洋1

（）据美国宇航局（迈尔斯·哈特菲尔德）：2024年4月8日，日全食将穿越美国部分地区。对于数百万沿着日全食路径的人来说，月亮将完全遮住太阳，随着气温下降和风型变化，白天的黑暗可能会降临。但与我们头顶上方约100至400英里处的电离层发生的变化相比，这些变化是温和的。在电离层中，日食的“假夜”被放大了100倍。三项由美国国家航空航天局资助的实验将通过无线电的力量研究日食对电离层的影响，这种技术非常适合研究我们大气层的神秘层。



2017年8月21日，日全食将乌马蒂拉国家森林笼罩在阴影中，天空变暗，地平线呈现360度日落。图像：美国国家航空航天局/玛拉·约翰逊-格罗

无论你是否听说过电离层，你都可能利用了它的存在。这种粒子电热毯对于远距离调幅和短波广播至关重要。无线电运营商将他们的发射机对准天空，从这层和地球曲率周围“反弹”信号，以将其广播扩展数百甚至数千英里。

电离层是由太阳维持的。太阳光线将带负电的电子从原子中分离出来，产生了带正电的离子，电离层就是以此命名的。当夜幕降临时，随着离子和电子重组为中性原子，超过60英里的电离层消失。黎明到来时，电子再次被释放，电离层在阳光的照射下膨胀——这是全球范围内每日“呼吸”的循环。

日全食是一座科学金矿——一个观察自然实验进行情况的难得机会。4月8日，下面列出的三个美国国家航空航天局资助的项目是那些“关注”遮天蔽日带来的变化的项目之一。

SuperDARN

超级双极光雷达网，简称SuperDARN，是分布在世界各地的雷达的集合。他们从电离层反射无线电波并分析返回的信号。他们的数据揭示了电离层密度、温度和位置（即运动）的变化。

2024年的日食将经过三个美国SuperDARN雷达。由弗吉尼亚理工学院和州立大学教授巴拉特·昆杜里领导的一个科学家小组一直在忙着为此做准备。



堪萨斯州海斯郊外SuperDARN雷达站的鸟瞰图。图片:海斯堡州立大学

昆杜里说:“日全食期间发生的太阳辐射变化会导致电离层‘变薄’。“在日食期间，SuperDARN将在特殊模式下运行，以更精细的时空尺度监测电离层的变化。”

昆杜里的团队将把SuperDARN的测量结果与计算机模型的预测进行比较，以回答电离层如何对日食做出反应的问题。

哈姆西

虽然一些实验依赖于大型射电望远镜，但其他实验更多地依赖于人的力量。业余无线电科学公民调查（HamSCI）是美国国家航空航天局的一个公民科学项目，涉及业余或“业余”无线电操作员。4月8日，全国各地的业余无线电爱好者将尝试在日食之前、期间和之后相互发送和接收信号。在宾夕法尼亚州斯克兰顿大学物理学和工程学教授纳撒尼尔·弗里塞尔的带领下，HamSCI的参与者将分享他们的无线电数据，以记录日全食期间突然失去阳光如何影响他们的无线电信号。



学生们在校园里的哈姆无线电实验室与弗里斯尔博士一起工作。simal Sami‘24（橙色），他是斯克兰顿在STEM中的Magis荣誉计划的一部分；弗里斯尔博士；维罗妮卡·罗曼尼克23级，物理专业。图像：拜伦·马尔多纳多摄于斯克兰顿大学

这项实验是在2017年日全食和2023年日环食期间完成的类似工作之后进行的。

弗里塞尔说:“在2017年日食期间，我们发现电离层的行为与夜间非常相似。无线电信号传播得更远了，通常在夜间效果最好的频率也变得可用了。弗里塞尔希望继续对日食和昼夜周期进行比较，评估电离层的变化范围，并将结果与计算机模型进行比较。

雷迪约夫

一些无线电信号不会从电离层反弹回来——相反，它们会穿过电离层。我们的太阳不断受到磁爆发的影响，其中一些会产生射电暴。这些长波长的能量爆发可以被地球上的无线电接收器探测到。但首先它们必须穿过电离层，电离层不断变化的特性会影响这些信号是否以及如何到达接收器。



这张太阳的射电图像是由天文学家斯蒂芬·怀特（马里兰大学）用射电望远镜拍摄的。射电辐射是用甚大阵列射电望远镜在4.6千兆赫的波长上探测到的。这张图片显示了太阳黑子上方百万度气体的明亮区域（红色和黄色）。致谢:NRAO / AUI /国家科学基金会

RadioJOVE项目是一个由公民科学家组成的团队，致力于记录来自太空特别是木星的无线电信号。日全食期间，RadioJOVE的参与者将专注于太阳。使用他们自己安装的无线电天线套件，他们将在日食之前、期间和之后记录太阳射电暴。

在2017年日食期间，一些参与者记录到了强度降低的太阳射电暴。但是还需要更多的观察才能得出确切的结论。“通过更好的培训和更多的观测者，我们将获得更好的覆盖范围，以进一步研究通过电离层的无线电传播，”中田纳西州立大学教授、RadioJOVE创始成员查克·希金斯说。“我们希望在太阳物理学大年及以后继续进行更长期的观测。”