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    Día a noche y viceversa:la ionosfera de la Tierra durante el eclipse solar total

    Durante el eclipse solar total, la Luna apagará la fuente de radiación ultravioleta extrema de la ionosfera:la ionosfera pasará de condiciones diurnas a nocturnas. Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Katy Mersmann

    El 21 de agosto 2017, la Luna se deslizará frente al Sol y por un breve momento, el día se derretirá en una noche oscura. Moviéndose por el país la sombra de la luna bloqueará la luz del sol, y si el clima lo permite, aquellos dentro del camino de la totalidad serán tratados con una vista de la atmósfera exterior del Sol, llamado la corona.

    Pero el eclipse solar total también tendrá efectos imperceptibles, como la pérdida repentina de radiación ultravioleta extrema del sol, que genera la capa ionizada de la atmósfera terrestre, llamada ionosfera. Esta región en constante cambio crece y se contrae según las condiciones solares, y es el foco de varios equipos científicos financiados por la NASA que utilizarán el eclipse como un experimento ya hecho, cortesía de la naturaleza.

    La NASA está aprovechando el eclipse del 21 de agosto al financiar 11 investigaciones científicas terrestres en los Estados Unidos. Tres de ellos mirarán a la ionosfera para mejorar nuestra comprensión de la relación del Sol con esta región, donde los satélites orbitan y las señales de radio se reflejan hacia la Tierra.

    "El eclipse apaga la fuente de radiación de alta energía de la ionosfera, "dijo Bob Marshall, científico espacial de la Universidad de Colorado Boulder e investigador principal de uno de los estudios. "Sin radiación ionizante, la ionosfera se relajará, pasando de las condiciones diurnas a las nocturnas y luego de regreso después del eclipse ".

    Extendiéndose desde aproximadamente 50 a 400 millas sobre la superficie de la Tierra, la ionosfera tenue es una capa electrificada de la atmósfera que reacciona a los cambios tanto de la Tierra abajo como del espacio arriba. Tales cambios en la atmósfera inferior o en el clima espacial pueden manifestarse como interrupciones en la ionosfera que pueden interferir con las señales de comunicación y navegación.

    "En nuestra vida, este es el mejor eclipse para ver, "dijo Greg Earle, un ingeniero eléctrico e informático en Virginia Tech en Blacksburg, Virginia, quien lidera otro de los estudios. "Pero también tenemos una red de satélites más densa, Tráfico de GPS y radio que nunca. Es la primera vez que dispondremos de tanta información para estudiar los efectos de este eclipse; estaremos ahogados en datos ".

    La sombra de la Luna afectará dramáticamente la insolación (la cantidad de luz solar que llega al suelo) durante el eclipse solar total. Crédito:Estudio de visualización científica de la NASA

    Determinar la dinámica ionosférica puede ser complicado. "En comparación con la luz visible, la salida ultravioleta extrema del Sol es muy variable, "dijo Phil Erickson, investigador principal de un tercer estudio y científico espacial en el Observatorio Haystack del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Westford, Massachusetts. "Eso crea variabilidad en el clima ionosférico. Debido a que nuestro planeta tiene un fuerte campo magnético, las partículas cargadas también se ven afectadas a lo largo de las líneas del campo magnético en todo el planeta; todo esto significa que la ionosfera es complicada ".

    Pero cuando la totalidad llegue el 21 de agosto, los científicos sabrán exactamente cuánta radiación solar está bloqueada, el área de tierra sobre la que está bloqueada y por cuánto tiempo. Combinado con mediciones de la ionosfera durante el eclipse, tendrán información sobre la entrada solar y la correspondiente respuesta de la ionosfera, permitiéndoles estudiar los mecanismos subyacentes a los cambios ionosféricos mejor que nunca.

    Unir los tres estudios es el uso de comunicaciones automatizadas o señales de navegación para sondear el comportamiento de la ionosfera durante el eclipse. Durante los ciclos típicos de día y noche, la concentración de partículas atmosféricas cargadas, o plasma, crece y mengua con el sol.

    "En el dia, el plasma ionosférico es denso, "Earle dijo." Cuando el sol se pone, la producción desaparece, las partículas cargadas se recombinan gradualmente durante la noche y la densidad desciende. Durante el eclipse, esperamos ese proceso en un intervalo mucho más corto ".

    Cuanto más denso es el plasma, es más probable que estas señales choquen con partículas cargadas en su camino desde el transmisor de señal al receptor. Estas interacciones se refractan, o doblar, el camino tomado por las señales. En la noche artificial inducida por el eclipse, los científicos esperan señales más fuertes, ya que la atmósfera y la ionosfera absorberán menos energía transmitida.

    "Si configuramos un receptor en algún lugar, las mediciones en ese lugar proporcionan información sobre la parte de la ionosfera entre el transmisor y el receptor, Marshall dijo. Usamos los receptores para monitorear la fase y amplitud de la señal. Cuando la señal se mueve hacia arriba y hacia abajo, que se produce enteramente por cambios en la ionosfera ".

    Una capa de partículas cargadas, llamada ionosfera, rodea la tierra extendiéndose desde aproximadamente 50 a 400 millas sobre la superficie del planeta. Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Duberstein

    Usando una gama de diferentes señales electromagnéticas, cada uno de los equipos enviará señales de ida y vuelta a través del camino de la totalidad. Al monitorear cómo se propagan sus señales de transmisor a receptor, pueden trazar un mapa de los cambios en la densidad ionosférica. Los equipos también utilizarán estas técnicas para recopilar datos antes y después del eclipse, para que puedan comparar la respuesta del eclipse bien definida con el comportamiento de referencia de la región, permitiéndoles discernir los efectos relacionados con el eclipse.

    Sondando la ionosfera

    La ionosfera se divide aproximadamente en tres regiones de altitud en función de la longitud de onda de la radiación solar que se absorbe:la D, E y F, siendo D la región más baja y F, el superior. En combinación, los tres equipos de experimentos estudiarán la totalidad de la ionosfera.

    Marshall y su equipo, de la Universidad de Colorado Boulder, sondeará la respuesta de la región D al eclipse con muy baja frecuencia, o VLF, señales de radio. Esta es la parte más baja y menos densa de la ionosfera, y por eso, el menos comprendido.

    "Solo porque la densidad es baja, no significa que no sea importante, "Marshall dijo." La región D tiene implicaciones para los sistemas de comunicaciones utilizados activamente por muchos militares, operaciones navales y de ingeniería ".

    El equipo de Marshall aprovechará la red existente de poderosos transmisores VLF de la Marina de los EE. UU. Para examinar la respuesta de la región D a los cambios en la producción solar. Transmisiones de ondas de radio enviadas desde Lamoure, Dakota del Norte, será monitoreado en las estaciones receptoras a lo largo de la ruta del eclipse en Boulder, Colorado, y Bear Lake, Utah. Planean combinar sus datos con observaciones de varias misiones espaciales, incluido el satélite ambiental operacional geoestacionario de la NOAA, Observatorio de dinámica solar de la NASA y el generador de imágenes espectroscópico solar de alta energía Ramaty de la NASA, caracterizar el efecto de la radiación solar en esta región particular de la ionosfera.

    Durante los ciclos típicos de día y noche, la ionosfera, que se muestra en púrpura y no a escala en esta imagen, crece y decrece con el sol. El eclipse solar total cortará la fuente de radiación ionizante de esta región. Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Duberstein

    Erickson y su equipo buscarán más arriba, a las regiones E y F de la ionosfera. Usando más de 6, 000 sensores GPS terrestres junto con potentes sistemas de radar en el Observatorio Haystack y el Observatorio de Arecibo del MIT en Puerto Rico, junto con datos de varias misiones espaciales de la NASA, El equipo del MIT también trabajará con científicos radiólogos ciudadanos que enviarán señales de radio de ida y vuelta a largas distancias a lo largo del camino.

    El equipo científico del MIT utilizará sus datos para rastrear las perturbaciones ionosféricas que viajan, que a veces son responsables de los patrones del clima espacial en la atmósfera superior, y sus efectos a gran escala. Estas perturbaciones en la ionosfera a menudo están relacionadas con un fenómeno conocido como ondas de gravedad atmosféricas. que también puede ser provocado por eclipses.

    "Incluso podemos ver efectos a escala global, ", Dijo Erickson." El campo magnético de la Tierra es como un cable que conecta dos hemisferios diferentes. Siempre que ocurren variaciones eléctricas en un hemisferio, aparecen en el otro ".

    Earle y su equipo con sede en Virginia Tech se ubicarán en todo el país en Bend, Oregón; Holton, Kansas; y la base de la Fuerza Aérea Shaw en Sumter, Carolina del Sur. Usando instrumentos transceptores de última generación llamados ionosondas, medirán la altura y la densidad de la ionosfera, y combinar sus mediciones con datos de una red GPS nacional y señales de la red de balizas inversas de radioaficionados. El equipo también utilizará datos de radares de alta frecuencia SuperDARN, dos de los cuales se encuentran a lo largo del camino del eclipse en Christmas Valley, Oregón, y Hays, Kansas.

    "Estamos mirando el lado inferior de la región F, y cómo cambia durante el eclipse, ", Dijo Earle." Esta es la parte de la ionosfera donde los cambios en la propagación de la señal son fuertes ". Su trabajo podría algún día ayudar a mitigar las perturbaciones en la propagación de la señal de radio, que puede afectar las transmisiones de AM, radioaficionados y señales GPS.

    Por último, los científicos planean utilizar sus datos para mejorar los modelos de dinámica ionosférica. Con estos conjuntos de datos sin precedentes, esperan mejorar nuestra comprensión de esta desconcertante región.

    "Otros han estudiado los eclipses a lo largo de los años, pero con más instrumentación, seguimos mejorando en nuestra capacidad para medir la ionosfera, ", Dijo Erickson." Por lo general, descubre preguntas que nunca pensamos hacer ".


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