سوف يتسابق ظل القمر عبر أمريكا الشمالية اليوم. وأثناء حدوث ذلك ، سيقوم المئات من هواة الراديو بتشغيل أجهزة الاستقبال الخاصة بهم - سواء كانت ممطرة أو مشرقة. سوف يستمعون للتغييرات بسبب تأثيرات الكسوف على غلاف من الإلكترونات على بعد مئات الكيلومترات (أميال). هذه القذيفة مسؤولة عن عروض الضوء السماوية وملاحة GPS وكل الوجود الأرضي. ويوفر كسوف الشمس فرصة عظيمة لدراسة تلك القشرة.
يمتص جزء من الغلاف الجوي العلوي نوعًا من الإشعاع القادم من الشمس يُعرف بالأشعة فوق البنفسجية الشديدة. هذا الامتصاص يمنع هذا الإشعاع من الإضرار بالحياة على الأرض. لكن هذه الطاقة تغير الغلاف الجوي العلوي. هذا الضوء فوق البنفسجي الشديد يزيل الإلكترونات من - يؤين - الذرات والجزيئات فوق سطح الأرض. في الواقع ، إنه يخلق منطقة مليئة بالأيونات. وتشمل هذه الإلكترونات سالبة الشحنة حرة الحركة والذرات أو الجزيئات موجبة الشحنة التي كانت تنتمي إليها ذات يوم. تُعرف المنطقة التي يحدث فيها ذلك باسم الأيونوسفير (عين على يا سفير). تتراوح هذه المنطقة من 75 إلى 1000 كيلومتر (47 إلى 620 ميلاً) ، وتشوه بعض الإشارات التي تمر عبرها.
"الأيونوسفير هو سبب وجود الحياة على هذا الكوكب" ، يلاحظ جوشوا سميتير. يشرح هذا الفيزيائي بجامعة بوسطن في ماساتشوستس ، أن ترشيحها للأشعة فوق البنفسجية الضارة تحمي الحياة على الأرض.
الأيونوسفير هو أيضًا مرحلة للعروض الرائعة ، مثل الشفق القطبي (أو الأضواء الشمالية). يظهر هذا الضوء عندما تقوم مادة مشحونة في الفضاء بين الكواكب بقشط الغلاف الجوي. والأيونوسفير مهم للتنبؤ بدقة إشارات GPS. كما أنه يلعب دورًا في الاتصال اللاسلكي.
القصة تستمر أسفل الصورة.
لكن في الليل - أو أثناء كسوف الشمس - يتوقف الغلاف الجوي المتأين عن التأين. تبدأ الإلكترونات في الالتحام مرة أخرى بالذرات والجزيئات التي هجرتها سابقًا. هذا يحيد شحنتها الكهربائية. مع وجود عدد أقل من الإلكترونات الحرة التي ترتد حولها ، يعكس الغلاف الأيوني موجات الراديو بشكل مختلف. تعمل كمرآة مشوهة.
كان العلماء يعرفون أن هذا يحدث ، لكن ليس بالضبط كيف. الطريقة التي يتغير بها الغلاف المتأين عند الغسق والفجر تتضمن عوامل أخرى غير ضوء الشمس فقط. وهذه العوامل الإضافية ، مثل درجة الحرارة أو زاوية ضوء الشمس ، قد تؤثر أيضًا على الملاحظات. يمنح الكسوف الباحثين فرصة ، بدلاً من ذلك ، لمشاهدة عملية الشحن وإلغاء الشحن في الوقت الفعلي تقريبًا.
يلاحظ جيل نيلسون:"يتيح لنا الكسوف النظر إلى التغيير من الضوء إلى الظلام إلى النور مرة أخرى بسرعة كبيرة". هي مهندسة كهربائية في جامعة جورج ميسون في فيرفاكس بولاية فيرجينيا
الخوض في عمق تأثير الكسوف
جوزيف هوبا ودوغلاس دروب عالمان في مختبر أبحاث البحرية الأمريكية في واشنطن العاصمة ، لقد توقعوا للتو بعضًا مما يجب أن يحدث للغلاف الجوي المتأين خلال كسوف هذا العام.
أظهر العمل أثناء الخسوفات السابقة أن هذا الجزء من الغلاف الجوي لا يتلاشى ببساطة ثم يرتفع مرة أخرى مرة أخرى. يستغرق الأمر بعض الوقت حتى تنضم كل هذه الإلكترونات إلى ذراتها (أو تتركها مرة أخرى في ضوء الشمس). يبدو أن الطريقة التي يتغير بها التأين أثناء الخسوف تعتمد على بعده عن ظل القمر.
في الارتفاعات العالية ، يجب أن تنخفض درجة حرارة الإلكترونات الحرة بنسبة 15 في المائة ، يقترح هوبا ودروب الآن. بين 150 و 350 كيلومترًا (90 و 220 ميلاً) ، سيكون هناك تغيير مختلف. هنا ، يجب أن تنخفض كثافة الإلكترونات الحرة العائمة بمقدار النصف عند إعادة انضمامها إلى الذرات ، كما يقول العلماء. من المفترض أن يؤدي ذلك إلى حدوث اضطراب مغناطيسي ينتقل على طول خطوط المجال المغناطيسي للأرض. إذا كان هذا صحيحًا ، كما يقولون ، فإن هذا التموج الناجم عن الكسوف في طبقة الأيونوسفير قد يكون قابلاً للاكتشاف على بعد طرف أمريكا الجنوبية!
وقد وصفوا حساباتهم الجديدة في رسائل البحوث الجيوفيزيائية في 17 يوليو .
القصة تستمر أسفل الفيديو
Eclipse Mob هو أحد المشاريع التي ستنظر في كيفية تأثير كسوف 2017 على الغلاف الجوي للأرض. ستستخدم نيلسون وزملاؤها متطوعين في جميع أنحاء الولايات المتحدة لهذا المشروع. سيرسل كل منهم بيانات حول كيفية استجابة طبقة الأيونوسفير عندما يتم حجب الشمس لفترة وجيزة. سيجمع المشروع بيانات الكسوف هذه من مساحة أكبر من الأرض أكثر من أي وقت مضى.
وإليك كيف سيفعلون ذلك. تلقى حوالي 150 مشاركًا في Eclipse Mob مجموعة أدوات "افعلها بنفسك". سمحت هذه لكل منها ببناء جهاز استقبال راديو صغير. يمكنه بعد ذلك توصيله بمقبس سماعة الرأس الخاص بالهاتف الذكي. (صنع بعض المتطوعين أجهزة الاستقبال الخاصة بهم بعد نفاد مجموعات المشروع). في 21 أغسطس ، ستبحث جميع هذه المستقبلات عن إشارات من أجهزة الإرسال اللاسلكية. ثم يقومون بتسجيل قوة الإشارة قبل الكسوف وأثناءه وبعده.
نيلسون ليس متأكدا مما يمكن توقعه. إنها تعرف فقط أن الإشارة يجب أن تختلف اعتمادًا على مكان وجود أجهزة الاستقبال. تقول:"سنبحث عن أنماط". "لا أعرف ما الذي سنراه".
يرغب Semeter من جامعة بوسطن وفريقه أيضًا في قياس تأثيرات الكسوف على طبقة الأيونوسفير باستخدام الهواتف الذكية. لكنهم لن يفعلوا ذلك هذا العام. في الوقت الحالي ، سيرصدون إشارات الراديو باستخدام شبكة موجودة من مستقبلات GPS في ميسوري. سوف يتداخلون مع ذلك باستخدام أجهزة استقبال GPS صغيرة ورخيصة الثمن والتي تشبه النوع الموجود في معظم الهواتف.
لماذا مستقبلات GPS؟ سيخلق كسوف 2017 بقعة رائعة كبيرة. ستطلق موجات في الغلاف الجوي ستنتشر بعيدًا عن ظل القمر. ستترك مثل هذه الموجات بصمة على الأيونوسفير من شأنها أن تغير إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). تأمل مجموعة Semeter في الجمع بين البيانات عالية الجودة وبيانات messier. ما تعلموه من هذا يمكن أن يخلق أساسًا للتجارب المستقبلية للاستفادة من جمهور الهواتف الذكية.
يقول Semeter:"تتمثل الرؤية النهائية لهذا المشروع في الاستفادة من جميع الهواتف الذكية البالغ عددها ملياري هاتف حول العالم". في يوم من الأيام ، يمكن لأي شخص لديه هاتف أن يصبح عقدة في تلسكوب الأيونوسفير العالمي.
إذا نجح ذلك ، فقد يثبت النظام الذي يشكله يومًا ما أنه المنقذ.
يوضح Semeter أنه شوهدت موجات جوية مماثلة تشع من مصدر زلزال 2011 قبالة سواحل اليابان. يقول:"لقد فعل الزلزال الشيء الذي سيفعله الكسوف". ويقول إن فهم كيفية تشكل هذه الموجات وتحركها يمكن أن يساعد يومًا ما في التنبؤ بالزلازل قبل وقت قصير من حدوثها.
