El 21 de agosto de 2017, la Luna se deslizará frente al Sol y por un breve momento, el día se convertirá en una noche oscura. Moviéndose a través del país, la sombra de la Luna bloqueará la luz del Sol, y el clima lo permite,aquellos dentro del camino de la totalidad serán tratados con una vista de la atmósfera exterior del Sol, llamada 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 de la Tierra, llamada ionosfera. Esta región siempre cambiante crece y se contrae en función de la energía solarcondiciones, y es el foco de varios equipos científicos financiados por la NASA que utilizarán el eclipse como un experimento listo, cortesía de la naturaleza.
La NASA está aprovechando el eclipse del 21 de agosto al financiar 11 investigaciones científicas basadas en tierra en los Estados Unidos. Tres de ellas mirarán a la ionosfera para mejorar nuestra comprensión de la relación del Sol con esta región, donde los satélites orbitany 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, un científico espacial de la Universidad de Colorado Boulder e investigador principal de uno de los estudios. "Sin la radiación ionizante, la ionosfera se relajará, pasando decondiciones diurnas a condiciones nocturnas y luego nuevamente 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 superior. Tales cambios en la atmósfera inferior o el clima espacial pueden manifestarse como interrupciones en elionosfera que puede interferir con las señales de comunicación y navegación.
"En nuestra vida, este es el mejor eclipse para ver", dijo Greg Earle, ingeniero eléctrico y de computación en Virginia Tech en Blacksburg, Virginia, quien lidera otro de los estudios ". Pero también tenemos un estudio más densored de satélites, GPS y tráfico de radio que nunca. Es la primera vez que tenemos tanta información para estudiar los efectos de este eclipse; nos ahogaremos en los datos ".
Fijar 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 del 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 donde está bloqueada y por cuánto tiempo. Combinados con mediciones de la ionosfera durante el eclipse, tendrán información sobretanto la entrada solar como la respuesta de ionosfera correspondiente, lo que les permite estudiar los mecanismos subyacentes a los cambios ionosféricos mejor que nunca.
Unir los tres estudios es el uso de señales de comunicación o navegación automatizadas 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, cera y mengua con el Sol.
"Durante el día, el plasma ionosférico es denso", dijo Earle. "Cuando el Sol se pone, la producción desaparece, las partículas cargadas se recombinan gradualmente a través de la noche y las gotas de densidad. Durante el eclipse, esperamos ese proceso en mucho tiempo".intervalo más corto "
Cuanto más denso es el plasma, más probable es que estas señales choquen con partículas cargadas en su camino desde el transmisor de señal al receptor. Estas interacciones refractan o doblan el camino tomado por las señales. En la noche artificial inducida por el eclipseLos 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 esa ubicación proporcionan información por parte de la ionosfera entre el transmisor y el receptor", dijo Marshall. "Usamos los receptores para monitorear la fase y la amplitud de la señal. Cuando ella señal se mueve hacia arriba y hacia abajo, que se produce por completo por los cambios en la ionosfera "
Usando un rango 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 mapear los cambios en la densidad ionosférica. Los equipos tambiénuse estas técnicas para recopilar datos antes y después del eclipse, para que puedan comparar la respuesta bien definida del eclipse con el comportamiento de referencia de la región, lo que les permite discernir los efectos relacionados con el eclipse.
sondeando la ionosfera
La ionosfera se divide aproximadamente en tres regiones en altitud según la longitud de onda de la radiación solar que se absorbe: D, E y F, siendo D la región más baja y F la más alta. En combinación, los tres equipos de experimentación estudiaránla totalidad de la ionosfera.
Marshall y su equipo, de la Universidad de Colorado Boulder, investigarán la respuesta de la región D al eclipse con señales de radio de muy baja frecuencia o VLF. Esta es la parte más baja y menos densa de la ionosfera, y porquede eso, el menos entendido.
"El hecho de que la densidad sea baja no significa que no sea importante", dijo Marshall. "La región D tiene implicaciones para los sistemas de comunicaciones utilizados activamente por muchas operaciones militares, 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. Las transmisiones de ondas de radio enviadas desde Lamoure, Dakota del Norte, serán monitoreadas en las estaciones receptoras a través del camino del eclipseen Boulder, Colorado y Bear Lake, Utah. Planean combinar sus datos con observaciones de varias misiones espaciales, incluyendo el Satélite Ambiental Operacional Geoestacionario de NOAA, el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA y el Generador de Imágenes Espectroscópicas Solares Ramaty High Energy de la NASA, para caracterizar el efectode la radiación del Sol en esta región particular de la ionosfera.
Erickson y su equipo mirarán 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 del MIT y el Observatorio Arecibo en Puerto Rico, junto con datos de variosEn misiones espaciales de la NASA, el equipo basado en el MIT también trabajará con radiociudadanos ciudadanos que enviarán señales de radio de ida y vuelta a lo largo del camino.
El equipo científico del MIT usará 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 comoondas de gravedad atmosférica, que también pueden ser activadas 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. Cada vez que ocurren variaciones eléctricas en un hemisferio, se muestran en el otro".
Earle y su equipo con base en Virginia Tech se ubicarán en todo el país en Bend, Oregon; Holton, Kansas; y la Base de la Fuerza Aérea Shaw en Sumter, Carolina del Sur. Utilizando instrumentos transceptores de última generación llamados ionosondas,medirá la altura y la densidad de la ionosfera, y combinará sus mediciones con datos de una red de GPS en todo el país 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 eclipsecamino en Christmas Valley, Oregon, y Hays, Kansas.
"Estamos observando 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 unoayuda diurna para mitigar las perturbaciones en la propagación de señales de radio, que pueden afectar las transmisiones de AM, radioaficionados y señales de GPS.
En última instancia, los científicos planean usar sus datos para mejorar los modelos de dinámica ionosférica. Con estos conjuntos de datos sin precedentes, esperan mejorar nuestra comprensión de esta región desconcertante.
"Otros han estudiado eclipses a lo largo de los años, pero con más instrumentación, seguimos mejorando en nuestra capacidad de medir la ionosfera", dijo Erickson. "Por lo general, descubre preguntas que nunca pensamos hacer".
Para obtener más información sobre el próximo eclipse solar total: http://eclipse2017.nasa.gov
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Centro de vuelo espacial Goddard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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