El célebre Gran Eclipse Americano de agosto de 2017 cruzó los Estados Unidos continentales en 90 minutos, y la totalidad no duró más de unos pocos minutos en cualquier lugar. El evento está bien en el espejo retrovisor ahora, pero la investigación científica sobre los efectos de la sombra de la luna en la atmósfera de la Tierra todavía se está llevando a cabo con vehemencia, y están surgiendo nuevos e interesantes hallazgos a un ritmo rápido. Estos incluyen observaciones significativas de científicos del Observatorio Haystack del MIT en Westford, Massachusetts.

Los eclipses no son particularmente raros, pero es inusual que uno cruce todo el territorio continental de EE. UU. como sucedió en agosto. Al estudiar los efectos de un eclipse sobre el contenido de electrones de la atmósfera superior, Los científicos están aprendiendo más sobre cómo la atmósfera compleja e interconectada de nuestro planeta responde a los eventos climáticos espaciales. como erupciones solares y eyecciones de masa coronal, que pueden tener efectos graves sobre la información de la señal y las rutas de comunicación, y puede afectar los servicios de navegación y posicionamiento.

La ionosfera es la capa de la atmósfera que contiene partículas cargadas creadas principalmente por la radiación solar. Permite la propagación y comunicación de ondas de radio a larga distancia sobre el horizonte y afecta las transmisiones esenciales basadas en satélites en los sistemas de navegación y a bordo de las aeronaves. Dado que la ionosfera es el medio en el que viajan las ondas de radio y se ve afectada por las variaciones solares, comprender sus características es importante para nuestra sociedad tecnológica moderna. La ionosfera alberga una gran cantidad de ondas naturales, de pequeño a grande en tamaño y fuerza, y las sombras de los eclipses, en particular, pueden dejar una gran cantidad de ondas recién creadas a medida que viajan por el planeta.

Un tipo de estas nuevas olas conocidas como ondas de arco ionosféricas, Se ha predicho durante más de 40 años que existirá a raíz de un paso de eclipse. Investigadores del Observatorio Haystack del MIT y la Universidad de Tromsø en Noruega confirmaron definitivamente la existencia de ondas de arco ionosféricas por primera vez durante el evento de agosto de 2017. Un equipo internacional dirigido por científicos del Observatorio Haystack estudió los datos de contenido de electrones ionosféricos recopilados por una red de más de 2, 000 receptores GNSS (Global Navigation Satellite System) en todo el país. Basado en este trabajo, Shunrong Zhang de Haystack y sus colegas publicaron un artículo en diciembre en la revista Cartas de investigación geofísica en los resultados que muestran las ondas de arco ionosféricas recién detectadas.

Los científicos de investigación geoespacial del Observatorio Haystack pudieron observar el fenómeno de la onda de arco del eclipse por primera vez en la atmósfera con un detalle y una precisión sin precedentes. gracias a la vasta red de receptores GNSS extremadamente sensibles que ahora se encuentran en los EE. UU. Las ondas de proa ionosféricas observadas son muy parecidas a las formadas por un barco; la sombra de la luna viaja tan rápido que provoca un cambio repentino de temperatura a medida que la atmósfera se enfría rápidamente y luego se recalienta a medida que pasa el eclipse.

"La sombra del eclipse tiene un movimiento supersónico que [genera] ondas atmosféricas de arco, similar a un barco fluvial de movimiento rápido, con ondas que comienzan en la atmósfera inferior y se propagan hacia la ionosfera, ", afirma la descripción de Zhang y sus colegas." El paso del eclipse generó ondas de arco ionosféricas claras en perturbaciones del contenido de electrones que emanan de la totalidad principalmente sobre el centro y este de los Estados Unidos. El estudio de las características de las olas revela complejas interconexiones entre el sol, Luna, y la ionosfera y la atmósfera neutra de la Tierra ".

Los receptores GNSS recopilan datos de forma muy precisa, datos de alta resolución sobre el contenido total de electrones (TEC) de la ionosfera. El rico detalle proporcionado por estos datos informó un estudio separado sobre los efectos de los eclipses en el mismo número de Cartas de investigación geofísica por el equipo de investigación de Haystack y colegas internacionales. La directora asociada del Observatorio Haystack y autora principal, Anthea Coster y sus coautores, describen el tamaño continental y el momento de la disminución de TEC provocada por el eclipse observado en los EE. UU. Y observó un aumento de TEC en las Montañas Rocosas que probablemente esté relacionado con la generación de olas de montaña en el atmósfera más baja durante el eclipse. La razón de este efecto, que no se predijo ni se anticipó antes del eclipse, está siendo investigada por la comunidad científica del geoespacio.

"Desde los primeros días de las comunicaciones por radio hace más de 100 años, Se sabe que los eclipses tienen efectos importantes y, a veces, imprevistos en la parte ionizada de la atmósfera terrestre y en las señales que la atraviesan. "dice Phil Erickson, subdirector de Haystack y líder del grupo de ciencias atmosféricas y geoespaciales. "Estos nuevos resultados de los estudios dirigidos por Haystack son un excelente ejemplo de lo mucho que queda por aprender sobre nuestra atmósfera y sus complejas interacciones mediante la observación de una de las vistas más espectaculares de la naturaleza:un gigantesco experimento celestial activo proporcionado por el sol y la luna. el poder de los métodos de observación modernos, incluyendo sensores remotos de radio distribuidos ampliamente en los Estados Unidos, fue clave para revelar estas nuevas y fascinantes características ".

Los estudios del eclipse de Haystack, incluidas las observaciones de la onda de proa, llamó la atención de los medios de comunicación nacionales sobre ciencia. Uno de los lectores de Zhang, un estudiante de octavo grado de Minnesota, hizo algunas preguntas interesantes:

P:¿Hubo alguna evidencia previa que demuestre que las olas llegarían durante el eclipse?

R:Hubo estudios previos sobre las ondas basados ​​en una cobertura espacial muy limitada de las observaciones. El Gran Eclipse Americano proporcionó una cobertura espacial sin precedentes para ver sin ambigüedades las estructuras de ondas completas.

P:¿Estas ondas emitieron alguna actividad sísmica? ¿Tenían una frecuencia en la que pudieran ser detectados?

A:No, ellos no lo hicieron. De hecho, creemos que estas ondas se originaron en la atmósfera media [unos 50 kilómetros] pero las observamos en la atmósfera superior a unos 300 kilómetros. Eran fluctuaciones de presión muy débiles si observamos las olas desde el suelo. Este tipo de onda fue producida por procesos de enfriamiento relacionados con los eclipses; podría haber otras formas de inducir ondas similares en la atmósfera superior.

P:En el camino de la totalidad, ¿Fueron las olas más fuertes? ¿Tuvieron algún efecto diferente en algún otro lugar?

A:si, descubrimos que existían principalmente a lo largo ya unos pocos cientos de kilómetros del camino central de la totalidad. Fueron vistos por primera vez en el centro de EE. UU., luego desapareció en el centro-este de los EE. UU. Pudieron viajar durante aproximadamente una hora a una velocidad de aproximadamente 300 metros por segundo, más lento que la velocidad de la sombra de la luna.

Los científicos de Haystack continuarán analizando los datos atmosféricos del eclipse y esperan informar de otros hallazgos en breve. El próximo gran eclipse en América del Norte ocurrirá en abril de 2024.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.