เกิดอะไรขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลกในช่วงสุริยุปราคา?

การใช้สมาร์ทโฟนและชุดวิทยุ นักวิจัยจะติดตามการเปลี่ยนแปลงในการที่คลื่นวิทยุเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศของไอโอโนสเฟียร์ ในขณะที่เงาของดวงจันทร์เคลื่อนตัวไปทั่วอเมริกาเหนือในวันที่ 21 สิงหาคม ผู้ชื่นชอบวิทยุหลายร้อยคนจะเปิดเครื่องรับของพวกเขา ไม่ว่าจะฝนตกหรือแดดออก ผู้สังเกตการณ์เหล่านี้ไม่ได้อยู่หลังดวงอาทิตย์ พวกเขาสนใจเปลือกอิเล็กตรอนยาวหลายร้อยกิโลเมตรเหนือศีรษะ ซึ่งมีหน้าที่แสดงแสงสีจากสวรรค์ การนำทางด้วย GPS และการดำรงอยู่ต่อไปของสิ่งมีชีวิตบนโลก

บรรยากาศส่วนนี้เรียกว่าบรรยากาศรอบนอก 

ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงจากดวงอาทิตย์ ปกป้องชีวิตบนพื้นดินจากอันตราย Joshua Semeter นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบอสตันกล่าวว่า “ไอโอสเฟียร์เป็นเหตุผลที่ทำให้ชีวิตมีอยู่บนโลกนี้

นอกจากนี้ยังเป็นเวทีสำหรับการแสดงที่ยอดเยี่ยมเช่นแสงออโรร่าซึ่งจะปรากฏขึ้นเมื่อวัสดุที่มีประจุในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ทำให้ชั้นบรรยากาศหลุดลอยไป และชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์มีความสำคัญต่อความแม่นยำของสัญญาณ GPS และการสื่อสารทางวิทยุ

ชั้นบรรยากาศนี้เกิดขึ้นเมื่อการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ดึงอิเล็กตรอนจากหรือแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมและโมเลกุลในชั้นบรรยากาศระหว่าง 75 ถึง 1,000 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลก นั่นทำให้โซนที่เต็มไปด้วยอิเลคตรอนที่มีประจุลบและอิออนที่มีประจุบวกลอยอยู่อย่างอิสระ ซึ่งจะส่งคลื่นสัญญาณผ่านไป

แม้ว่าจะไม่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง ชั้นบรรยากาศรอบนอกจะหยุดไอออไนซ์ อิเล็กตรอนเริ่มรวมตัวกับอะตอมและโมเลกุลที่พวกมันทิ้งไป ทำให้ประจุของบรรยากาศเป็นกลาง ด้วยอิเล็กตรอนอิสระที่กระดอนไปรอบๆ น้อยลง ไอโอโนสเฟียร์สะท้อนคลื่นวิทยุต่างกันไป เหมือนกับกระจกที่บิดเบี้ยว

เราทราบคร่าวๆ ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร แต่ไม่แม่นยำ สุริยุปราคาจะให้โอกาสนักวิจัยตรวจสอบกระบวนการชาร์จและคายประจุในเวลาเกือบเรียลไทม์

“สุริยุปราคาช่วยให้เรามองการเปลี่ยนแปลงจากแสงเป็นความมืดเป็นแสงได้อีกครั้งอย่างรวดเร็ว” จิลล์ เนลสันแห่งมหาวิทยาลัยจอร์จ เมสันในแฟร์แฟกซ์ รัฐเวอร์จิเนีย กล่าว

Joseph Huba และ Douglas Drob จากห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. ทำนายว่าบางสิ่งควรเกิดขึ้นกับบรรยากาศรอบนอกในจดหมายวิจัยธรณีฟิสิกส์วันที่ 17 กรกฎาคม ที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น อุณหภูมิของอิเล็กตรอนควรลดลง 15 เปอร์เซ็นต์ นักวิจัยกล่าวว่าระหว่าง 150 ถึง 350 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลก ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่ลอยอย่างอิสระควรลดลงสองเท่าเมื่อพวกมันรวมอะตอมกับอะตอม นักวิจัยกล่าว การลดลงของอิเล็กตรอนที่ลอยอย่างอิสระนี้ควรสร้างการรบกวนที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นสนามแม่เหล็กของโลก เสียงสะท้อนของระลอกคลื่นที่เกิดจากคราสในชั้นบรรยากาศรอบนอกนั้นอาจตรวจพบได้ไกลถึงปลายทวีปอเมริกาใต้

การทดลองก่อนหน้านี้ในช่วงสุริยุปราคาแสดงให้เห็นว่าระดับของการแตกตัวเป็นไอออนไม่เพียงแค่ตายลงแล้วค่อยๆ กลับคืนสู่สภาพเดิมดังที่คุณคาดไว้ ปริมาณไอออไนซ์ที่คุณเห็นนั้นขึ้นอยู่กับว่าคุณอยู่ไกลแค่ไหนจากการอยู่ใต้เงาดวงจันทร์โดยตรง

สำหรับโครงการที่เรียกว่าEclipse Mobเนลสันและเพื่อนร่วมงานของเธอจะใช้อาสาสมัครทั่วสหรัฐอเมริกาเพื่อรวบรวมข้อมูลว่าไอโอสเฟียร์ตอบสนองอย่างไรเมื่อดวงอาทิตย์ถูกบังจากพื้นที่ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาในช่วงสั้นๆ

ผู้เข้าร่วม Eclipse Mob ประมาณ 150 คน

ได้รับชุดอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นเองสำหรับเครื่องรับวิทยุขนาดเล็กที่เสียบเข้ากับแจ็คหูฟังของสมาร์ทโฟน คนอื่น ๆ ทำเครื่องรับของตัวเองหลังจากที่โครงการหมดชุด ในวันที่ 21 สิงหาคม อาสาสมัครจะรับสัญญาณจากเครื่องส่งวิทยุและบันทึกความแรงของสัญญาณก่อน ระหว่าง และหลังเกิดคราส

เนลสันไม่แน่ใจว่าจะคาดหวังอะไรจากข้อมูล เว้นแต่ว่าข้อมูลนั้นจะดูแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าผู้รับอยู่ที่ไหน “เราจะมองหารูปแบบ” เธอกล่าว “ไม่รู้จะดูอะไร” Semeter และเพื่อนร่วมงานจะมองหาผลกระทบของคราสต่อสัญญาณ GPS พวกเขายังต้องการวัดผลกระทบของคราสที่มีต่อบรรยากาศรอบนอกโลกโดยใช้สมาร์ทโฟน – ในที่สุด

สำหรับสุริยุปราคาปีนี้ พวกเขาจะสังเกตสัญญาณวิทยุโดยใช้เครือข่ายเครื่องรับ GPS ที่มีอยู่ในรัฐมิสซูรี และกระจายไปพร้อมกับเครื่องรับ GPS ขนาดเล็กราคาถูกที่ใกล้เคียงกับชนิดในโทรศัพท์ส่วนใหญ่ สุริยุปราคาจะสร้างจุดเย็นขนาดใหญ่ ทำให้เกิดคลื่นในชั้นบรรยากาศที่จะแพร่กระจายไปจากเงาของดวงจันทร์ คลื่นดังกล่าวทิ้งรอยประทับไว้บนไอโอโนสเฟียร์ที่ส่งผลต่อสัญญาณ GPS ทีมงานหวังว่าจะรวมข้อมูลคุณภาพสูงเข้ากับข้อมูลที่ยุ่งเหยิงเพื่อวางรากฐานสำหรับการทดลองในอนาคตเพื่อเจาะกลุ่มสมาร์ทโฟน

“วิสัยทัศน์สูงสุดของโครงการนี้คือการใช้สมาร์ทโฟนทั้ง 2 พันล้านเครื่องทั่วโลก” Semeter กล่าว สักวันหนึ่ง ทุกคนที่มีโทรศัพท์อาจเป็นโหนดในกล้องโทรทรรศน์ทั่วโลก ถ้ามันใช้งานได้ก็อาจเป็นเครื่องช่วยชีวิต พบคลื่นบรรยากาศที่คล้ายกันซึ่งแผ่ออกมาจากแหล่งกำเนิดของแผ่นดินไหวในปี 2554นอกชายฝั่งของญี่ปุ่น ( SN Online: 6/16/11 ) “แผ่นดินไหวได้ทำในสิ่งที่สุริยุปราคาจะทำ” Semeter กล่าว การทำความเข้าใจว่าคลื่นเหล่านี้ก่อตัวและเคลื่อนที่อย่างไรอาจช่วยทำนายแผ่นดินไหวในอนาคตได้