美国国家航空航天局将在2024年4月8日日全食期间发射三枚探空火箭

汪雨甘捍

（）据美国宇航局（Desiree Apodaca）：美国国家航空航天局将在2024年4月8日日全食期间发射三枚探空火箭，研究当太阳光在地球的一部分上空短暂变暗时，地球高层大气是如何受到影响的。

日食路径周围的大气扰动（APEP）探测火箭将从美国国家航空航天局位于弗吉尼亚州的沃洛普斯飞行设施发射，以研究月球日食时电离层中产生的扰动。探空火箭此前曾在2023年10月的日环食期间从新墨西哥州的白沙试验设施发射并成功回收。它们已经用新仪器进行了翻新，并将于2024年4月重新推出。该任务由佛罗里达州Embry Riddle航空大学工程物理学教授Aroh Barjatya领导，他在该大学领导空间和大气仪器实验室。



这张照片展示了三枚APEP探空火箭和成功组装后的支援团队。领队Aroh Barjatya站在二楼的护栏旁，站在最上面的中间。图像：NASA/Berit Bland

探空火箭将在三个不同的时间发射：当地日食高峰前45分钟、期间45分钟和之后45分钟。这些间隔对于收集太阳突然消失如何影响电离层的数据非常重要，这些数据会产生可能干扰我们通信的干扰。

电离层是地球大气层中距离地面55至310英里（90至500公里）的一个区域。Barjatya说：“这是一个电气化区域，它反射和折射无线电信号，并在信号通过时影响卫星通信。”。“了解电离层并开发模型来帮助我们预测扰动，对于确保我们日益依赖通信的世界平稳运行至关重要。”

电离层形成了地球低层大气（我们生活和呼吸的地方）和太空真空之间的边界。它由大量粒子组成，这些粒子因太阳的能量或太阳辐射而电离或带电。当夜幕降临时，电离层变薄，因为先前电离的粒子放松并重新组合成中性粒子。然而，地球的陆地天气和太空天气会影响这些粒子，使其成为一个动态区域，很难知道电离层在特定时间会是什么样子。



一幅动画描绘了电离层在24小时内的变化。红色和黄色条纹代表白天的高密度电离粒子。紫色圆点代表夜晚中性、放松的粒子。图像：美国国家航空航天局/金

用卫星研究日食期间电离层的短期变化通常很困难，因为它们可能不在穿过日食路径的正确地点或时间。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在正确的时间和电离层的所有高度发射有针对性的探空火箭来研究日全食的影响。

当日食阴影穿过大气层时，它会产生快速、局部的日落，引发大规模的大气波和小规模的扰动。这些扰动影响不同的无线电通信频率。收集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，特别是高频通信的潜在扰动。



该动画描绘了2017年日全食期间电离粒子产生的波。图像：麻省理工学院Haystack天文台/张顺荣。张，S.-R.，Erickson，P.J.，Goncharenko，L.P.，Coster，A.J.，Rideout，W.和Vierinen，J.（2017）。2017年8月21日日食引起的电离层弓形波和扰动。《地球物理研究快报》，44（24），12067-12073。https://doi.org/10.1002/2017GL076054.

APEP火箭预计将达到260英里（420公里）的最高高度。每枚火箭将测量带电和中性粒子密度以及周围的电场和磁场。Barjatya解释道：“每枚火箭将发射四个两升苏打水瓶大小的辅助仪器，这些仪器也测量相同的数据点，因此这与十五枚火箭的结果相似，而只发射了三枚。”。每枚火箭上的三个辅助仪器由Embry Riddle建造，第四个在新罕布什尔州的达特茅斯学院建造。

除了火箭，美国各地的几个团队还将通过各种方式对电离层进行测量。Embry Riddle的一组学生将部署一系列高空气球。来自马萨诸塞州麻省理工学院Haystack天文台和新墨西哥州空军研究实验室的联合调查人员将操作各种地基雷达进行测量。利用这些数据，来自Embry Riddle和约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的一组科学家正在完善现有的模型。总之，这些不同的调查将有助于提供更大范围的电离层动力学所需的拼图。

当APEP探空火箭在2023年日环食期间发射时，科学家们看到，随着日环食阴影掠过大气层，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中看到了能够影响无线电通信的扰动，但在当地日食高峰期之前的第一枚火箭中没有。”。“我们非常兴奋能在日全食期间重新启动它们，看看扰动是否在相同的高度开始，它们的大小和规模是否保持不变。”

美国毗邻地区的下一次日全食要到2044年才能发生，因此这些实验是科学家收集关键数据的难得机会。

APEP的发射将通过NASA的Wallops官方YouTube页面进行直播，并在NASA的日全食官方广播中播放。公众也可以从下午1点到4点在美国国家航空航天局沃洛普斯飞行设施游客中心亲自观看发射。