منذ فترة طويلة كان من المتوقع أن الكسوف الشمسي سوف يسبب موجة القوس في الغلاف الجوي المتأين للأرض. إن كسوف أغسطس 2017 - المسمى "الكسوف الأمريكي العظيم" لأنه عبر الولايات المتحدة القارية - أعطى العلماء فرصة لاختبار هذا التنبؤ. استخدم العلماء في مرصد Haystack التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أكثر من 2000 جهاز استقبال لنظام الملاحة العالمي عبر الولايات المتحدة القارية لمراقبة هذا النوع من موجة القوس لأول مرة.
استغرق الكسوف الأمريكي العظيم 90 دقيقة لعبور الولايات المتحدة ، مع بقاء المجموع بضع دقائق فقط في أي مكان. مع تحرك ظل القمر عبر الولايات المتحدة بسرعات تفوق سرعة الصوت ، أدى إلى انخفاض سريع في درجة الحرارة. بعد الانتقال ، ارتفعت درجة الحرارة مرة أخرى. هذا التسخين والتبريد السريع هو ما تسبب في موجة القوس الأيونوسفيرية.
تتكون موجة القوس نفسها من تقلبات في محتوى الإلكترونات في الأيونوسفير. تجمع أجهزة استقبال GNSS بيانات دقيقة للغاية عن TEC (إجمالي المحتوى الإلكتروني) للغلاف الأيوني. تظهر هذه الرسوم المتحركة موجة القوس لمحتوى الإلكترون الذي يتحرك عبر الولايات المتحدة.
نُشرت تفاصيل موجة القوس هذه في ورقة كتبها Shun-Rong Zhang وزملاؤه في مرصد Haystack في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وزملاؤه في جامعة ترومسو في النرويج. في ورقتهم ، يشرحون ذلك على النحو التالي: "الظل الكسوف لديه حركة أسرع من الصوت والتي [تولد] موجات القوس الجوي ، على غرار قارب نهر سريع الحركة ، مع موجات تبدأ في الغلاف الجوي السفلي وتنتشر في الأيونوسفير. أنتج مرور الكسوف موجات القوس الأيونوسفيرية الواضحة في اضطرابات محتوى الإلكترون المنبثقة من المجموع بشكل أساسي فوق وسط / شرق الولايات المتحدة. تكشف دراسة خصائص الموجة عن ترابطات معقدة بين الشمس والقمر والجو المحايد للأرض والغلاف المتأين ".
تمتد الأيونوسفير من ارتفاع حوالي 50 كم إلى 1000 كم خلال النهار. تتضخم مع وصول الإشعاع من الشمس إلى الأرض ، وتهدأ في الليل. يتقلب حجمه دائمًا خلال النهار. يطلق عليه الأيونوسفير لأنه المنطقة التي توجد فيها الجسيمات المشحونة الناتجة عن الإشعاع الشمسي. الأيونوسفير هو المكان الذي تحدث فيه الشفق. ولكن الأهم من ذلك هو انتشار موجات الراديو.
يلعب الأيونوسفير دورًا مهمًا في العالم الحديث. يسمح لموجات الراديو بالسفر عبر الأفق ، ويؤثر أيضًا على الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. تُظهر هذه الصورة بعض الطرق المعقدة التي تتفاعل بها أنظمة الاتصالات لدينا مع الأيونوسفير.
هناك الكثير يحدث في الأيونوسفير. هناك أنواع مختلفة من الموجات والاضطرابات بجانب موجة القوس. إن الفهم الأفضل للغلاف الأيوني مهم في عالمنا الحديث ، وقد منح الكسوف في شهر أغسطس للعلماء فرصة ليس فقط لمراقبة موجة القوس ، ولكن أيضًا لدراسة الغلاف المتأين بتفصيل أكبر.
كانت بيانات GNSS المستخدمة لمراقبة موجة القوس أساسية في دراسة أخرى أيضًا. تم نشر هذا أيضًا في مجلة Geophysical Research Letters ، وقادته أنثيا كوستر من مرصد Haystack. تم استخدام البيانات من شبكة GNSS للكشف عن إجمالي محتوى الإلكترون (TEC) و TEC التفاضلي. ثم قاموا بتحليل تلك البيانات لأمرين خلال مرور الكسوف: الاستجابة العرضية والطولية لـ TEC ، ووجود أي اضطرابات السفر الأيونوسفي (TID) إلى TEC.
أظهرت التوقعات انخفاضًا بنسبة 35٪ في TEC ، لكن الفريق فوجئ عندما وجد انخفاضًا يصل إلى 60٪. كما فوجئوا أيضًا بإيجاد هياكل لزيادة TEC فوق جبال روكي ، على الرغم من أن ذلك لم يكن متوقعًا أبدًا. ربما تكون هذه الهياكل مرتبطة بالموجات الجوية التي خلقتها جبال روكي في الغلاف الجوي السفلي خلال كسوف الشمس ، ولكن يجب التحقق من طبيعتها الدقيقة.
"... تجربة سماوية نشطة عملاقة مقدمة من الشمس والقمر." - فيل إريكسون ، مساعد المدير في مرصد هايستاك.
يقول فيل إريكسون ، مساعد المدير في Haystack: "منذ الأيام الأولى للاتصالات اللاسلكية قبل أكثر من 100 عام ، كان من المعروف أن الكسوف له تأثيرات كبيرة وغير متوقعة في بعض الأحيان على الجزء المتأين من الغلاف الجوي للأرض والإشارات التي تمر عبره". الرصاص لمجموعة علوم الغلاف الجوي والفضاء. "هذه النتائج الجديدة من الدراسات التي يقودها Haystack هي مثال ممتاز على كم لا يزال يتعين تعلمه حول غلافنا الجوي وتفاعلاته المعقدة من خلال مراقبة أحد أكثر مشاهد الطبيعة إثارة - تجربة سماوية نشطة عملاقة توفرها الشمس والقمر. لقد كانت قوة طرق المراقبة الحديثة ، بما في ذلك أجهزة الاستشعار عن بعد الموزعة على نطاق واسع عبر الولايات المتحدة ، أساسية للكشف عن هذه الميزات الجديدة والمذهلة. "
جاء الكسوف الأمريكي العظيم وذهب ، لكن البيانات التفصيلية التي تم جمعها خلال تلك "التجربة السماوية" لمدة 90 دقيقة سيتم فحصها من قبل العلماء لبعض الوقت.
