Великое американское затмение Солнца, которое жители США наблюдали 21 августа этого года, стало не только радостным событием и развлечением для тысяч американцев, и способом на них заработать. Свою пользу из этого редкого явления извлекли ученые, в том числе — астрономы.
Группа исследователей из Массачусетского технологического института решила узнать, какие изменения сопровождают солнечное затмение в атмосфере Земли.
Их особо интересовали так называемые перемещающиеся ионосферные возмущения (traveling ionospheric disturbances (TIDs) — особый тип ионосферных возмущений, характеризуемый квазипериодическими (с периодами 0,3-3 ч) изменениями концентрации электронов. В периоды геомагнитных бурь эти возмущения перемещаются от высоких широт к низким.
Начиная с 1970-х годов ученые предполагали, что аналогичные возмущения должны вызывать в ионосфере и солнечные затмения, при которых на поверхности Земли тень от Луны бежит со сверхзвуковой скоростью. Это связано с тем, что Луна, блокируя солнечный свет, уменьшает поток энергии, достигающий поверхности Земли и ее атмосферы.
Эти внезапные изменения температуры генерируют волны «на высотах атмосферы, где озоновый слой и водяной пар эффективно превращают солнечное ультрафиолетовое излучение в тепло», — рассказали ученые в статье, принятой к публикации в журнале Geophysical Research Letters.
Однако прошлые затмения Солнца не позволили достоверно зафиксировать предсказанный эффект из-за отсутствия достаточного числа инструментов.
«Августовское затмение предоставило нам замечательную возможность проверить это»,
— пояснил Шун-Жон Чжан, соавтор исследования из Массачусетского технологического института.
Идея была проста. В своем исследовании ученые использовали порядка двух тысяч приемников, расположенных на территории США, которые принимают сигналы навигационных спутников. В том числе были задействованы приемники, оказавшиеся на пути следования тени от Луны, прошедшей по многим американским штатам.
«Наиболее волнительным в затмении для ученых была наша способность отслеживать это явление с высокой точностью, используя множество детекторов спутниковой сети вдоль следования полного затмения, — пояснила участник эксперимента Антеа Костер. – Специально оборудованные детекторы, которые мы расположили вдоль континента, позволят нам собрать данные с небывалой точностью».
Эти датчики позволили увидеть происходящее в верхних слоях атмосферы с беспрецедентной точностью. Анализируя сигналы, дошедшие со спутников, ученые смогли оценить полное электронное содержание – грубо говоря, концентрацию электронов на пути распространения сигнала, который составляет порядка 20 тыс. километров.
Анализируя мельчайшие изменения в концентрации электронов, ученые обнаружили необычный эффект – волны, расходящиеся от лунной тени наподобие тех, что образуются за движущимся кораблем на поверхности воды.
Кроме того были обнаружены более слабые волны, аналог кормовых волн, остающихся позади движущегося судна. «Похожие носовые волны, а также кормовые, образуются при движении самолетов на сверхзвуковой скорости», – пояснил Чжан.
По его словам, наблюдаемые в ионосфере сверхзвуковые волны довольно велики – как минимум 10 градусов по широте, и столько же – по долготе. Они следуют за движением тени со скоростью 280 метров в секунду (могут превышать скорость звука на этих высотах), имеют длину от трехсот до четырехсот километров и наблюдаются в течение часа.
Опасности для живых организмов и техники они не несут, и лишь представляют интерес для ученых.
Среди ученых наблюдение за затмением вели не только астрономы — для биологов оно стало возможностью изучить поведение животных во время этого явления. Внезапная темнота нарушает ритм их жизни, многие исторические затмения сопровождались рассказами о том, как ведут себя в этот момент животные, например, смолкают птицы и лают собаки. Однако такие свидетельства до сих пор носили скорее анекдотический характер, а достоверных данных, собранных по научной методике о влиянии солнечных затмений на поведение животных, не так уж и много.