2024年4月8日日全食：美國國家航空航天局資助的科學項目收聽“日食電臺” _美國

據美國宇航局（邁爾斯·哈特菲爾德）：2024年4月8日，日全食將穿越美國部分地區。對于數百萬沿著日全食路徑的人來說，月亮將完全遮住太陽，隨著氣溫下降和風型變化，白天的黑暗可能會降臨。但與我們頭頂上方約100至400英里處的電離層發生的變化相比，這些變化是溫和的。在電離層中，日食的“假夜”被放大了100倍。三項由美國國家航空航天局資助的實驗將通過無線電的力量研究日食對電離層的影響，這種技術非常適合研究我們大氣層的神秘層。

2017年8月21日，日全食將烏馬蒂拉國家森林籠罩在陰影中，天空變暗，地平線呈現360度日落。圖像：美國國家航空航天局/瑪拉·約翰遜-格羅
無論你是否聽說過電離層，你都可能利用了它的存在。這種粒子電熱毯對于遠距離調幅和短波廣播至關重要。無線電運營商將他們的發射機對準天空，從這層和地球曲率周圍“反彈”信號，以將其廣播擴展數百甚至數千英里。
電離層是由太陽維持的。太陽光線將帶負電的電子從原子中分離出來，產生了帶正電的離子，電離層就是以此命名的。當夜幕降臨時，隨著離子和電子重組為中性原子，超過60英里的電離層消失。黎明到來時，電子再次被釋放，電離層在陽光的照射下膨脹——這是全球范圍內每日“呼吸”的循環。
日全食是一座科學金礦——一個觀察自然實驗進行情況的難得機會。4月8日，下面列出的三個美國國家航空航天局資助的項目是那些“關注”遮天蔽日帶來的變化的項目之一。
SuperDARN
超級雙極光雷達網，簡稱SuperDARN，是分布在世界各地的雷達的集合。他們從電離層反射無線電波并分析返回的信號。他們的數據揭示了電離層密度、溫度和位置（即運動）的變化。
2024年的日食將經過三個美國SuperDARN雷達。由弗吉尼亞理工學院和州立大學教授巴拉特·昆杜里領導的一個科學家小組一直在忙著為此做準備。

堪薩斯州海斯郊外SuperDARN雷達站的鳥瞰圖。圖片:海斯堡州立大學
昆杜里說:“日全食期間發生的太陽輻射變化會導致電離層‘變薄’ 。“在日食期間，SuperDARN將在特殊模式下運行，以更精細的時空尺度監測電離層的變化。”
昆杜里的團隊將把SuperDARN的測量結果與計算機模型的預測進行比較，以回答電離層如何對日食做出反應的問題。
哈姆西
雖然一些實驗依賴于大型射電望遠鏡，但其他實驗更多地依賴于人的力量。業余無線電科學公民調查（HamSCI）是美國國家航空航天局的一個公民科學項目，涉及業余或“業余”無線電操作員。4月8日，全國各地的業余無線電愛好者將嘗試在日食之前、期間和之后相互發送和接收信號。在賓夕法尼亞州斯克蘭頓大學物理學和工程學教授納撒尼爾·弗里塞爾的帶領下，HamSCI的參與者將分享他們的無線電數據，以記錄日全食期間突然失去陽光如何影響他們的無線電信號。

學生們在校園里的哈姆無線電實驗室與弗里斯爾博士一起工作。simal Sami‘24（橙色），他是斯克蘭頓在STEM中的Magis榮譽計劃的一部分；弗里斯爾博士；維羅妮卡·羅曼尼克23級，物理專業。圖像：拜倫·馬爾多納多攝于斯克蘭頓大學
這項實驗是在2017年日全食和2023年日環食期間完成的類似工作之后進行的。
弗里塞爾說:“在2017年日食期間，我們發現電離層的行為與夜間非常相似。無線電信號傳播得更遠了，通常在夜間效果最好的頻率也變得可用了。弗里塞爾希望繼續對日食和晝夜周期進行比較，評估電離層的變化范圍，并將結果與計算機模型進行比較。
雷迪約夫
一些無線電信號不會從電離層反彈回來——相反，它們會穿過電離層。我們的太陽不斷受到磁爆發的影響，其中一些會產生射電暴。這些長波長的能量爆發可以被地球上的無線電接收器探測到。但首先它們必須穿過電離層，電離層不斷變化的特性會影響這些信號是否以及如何到達接收器。

這張太陽的射電圖像是由天文學家斯蒂芬·懷特（馬里蘭大學）用射電望遠鏡拍攝的。射電輻射是用甚大陣列射電望遠鏡在4.6千兆赫的波長上探測到的。這張圖片顯示了太陽黑子上方百萬度氣體的明亮區域（紅色和黃色）。致謝:NRAO / AUI /國家科學基金會
RadioJOVE項目是一個由公民科學家組成的團隊，致力于記錄來自太空特別是木星的無線電信號。日全食期間，RadioJOVE的參與者將專注于太陽。使用他們自己安裝的無線電天線套件，他們將在日食之前、期間和之后記錄太陽射電暴。
在2017年日食期間，一些參與者記錄到了強度降低的太陽射電暴。但是還需要更多的觀察才能得出確切的結論。“通過更好的培訓和更多的觀測者，我們將獲得更好的覆蓋范圍，以進一步研究通過電離層的無線電傳播，”中田納西州立大學教授、RadioJOVE創始成員查克·希金斯說。“我們希望在太陽物理學大年及以后繼續進行更長期的觀測。”