Hace mucho tiempo se pronosticó que un eclipse solar provocaría una onda de arco en la ionosfera de la Tierra. El eclipse de agosto de 2017, llamado el "Gran Eclipse Americano" porque cruzó los Estados Unidos continentales, dio a los científicos la oportunidad de probar esa predicción. Los científicos del Observatorio Haystack del MIT utilizaron más de 2.000 receptores GNSS (Sistema Global de Navegación por Satélite) en todo el territorio continental de los EE. UU. Para observar este tipo de ondas de proa por primera vez.
El Gran Eclipse Americano tardó 90 minutos en cruzar los EE. UU., Y la totalidad duró solo unos minutos en cualquier ubicación. A medida que la sombra de la Luna se movía a través de los EE. UU. A velocidades supersónicas, creó una rápida caída de temperatura. Después de continuar, la temperatura volvió a subir. Este rápido calentamiento y enfriamiento es lo que causó la onda de arco ionosférico.
La onda del arco en sí está formada por fluctuaciones en el contenido de electrones de la ionosfera. Los receptores GNSS recopilan datos muy precisos sobre el TEC (contenido total de electrones) de la ionosfera. Esta animación muestra la onda de proa del contenido de electrones que se mueve en los EE. UU.
Shun-Rong Zhang y sus colegas del Observatorio Haystack del MIT y colegas de la Universidad de Tromso en Noruega publicaron los detalles de esta ola de proa en un documento. En su artículo, lo explican así: “La sombra del eclipse tiene un movimiento supersónico que [genera] ondas atmosféricas de proa, similares a las de un barco fluvial de rápido movimiento, con ondas que comienzan en la atmósfera inferior y se propagan hacia la ionosfera. El paso del eclipse generó ondas de arco ionosféricas claras en las alteraciones del contenido de electrones que emanan de la totalidad principalmente en el centro / este de los Estados Unidos. El estudio de las características de las olas revela interconexiones complejas entre el sol, la luna y la atmósfera neutral e ionosfera de la Tierra ".
La ionosfera se extiende de unos 50 km a 1000 km de altitud durante el día. Se hincha cuando la radiación del Sol llega a la Tierra y desaparece por la noche. Su tamaño siempre fluctúa durante el día. Se llama ionosfera porque es la región donde residen las partículas cargadas creadas por la radiación solar. La ionosfera también es donde ocurren las auroras. Pero lo más importante, es donde se propagan las ondas de radio.
La ionosfera juega un papel importante en el mundo moderno. Permite que las ondas de radio viajen por el horizonte y también afecta las comunicaciones por satélite. Esta imagen muestra algunas de las complejas formas en que nuestros sistemas de comunicaciones interactúan con la ionosfera.
Están sucediendo muchas cosas en la ionosfera. Hay diferentes tipos de olas y disturbios además de la onda de proa. Una mejor comprensión de la ionosfera es importante en nuestro mundo moderno, y el eclipse de agosto les dio a los científicos la oportunidad no solo de observar la onda del arco, sino también de estudiar la ionosfera con mayor detalle.
Los datos GNSS utilizados para observar la onda del arco también fueron clave en otro estudio. Este también fue publicado en la revista Geophysical Research Letters, y fue dirigido por Anthea Coster del Observatorio Haystack. Los datos de la red de GNSS se utilizaron para detectar el contenido total de electrones (TEC) y el TEC diferencial. Luego analizaron esos datos para un par de cosas durante el paso del eclipse: la respuesta latitudinal y longitudinal del TEC, y la presencia de cualquier perturbación ionesférica itinerante (TID) al TEC.
Las predicciones mostraron una reducción del 35% en TEC, pero el equipo se sorprendió al encontrar una reducción de hasta el 60%. También se sorprendieron al encontrar estructuras de mayor TEC sobre las Montañas Rocosas, aunque eso nunca se predijo. Estas estructuras probablemente están vinculadas a las ondas atmosféricas creadas en la atmósfera inferior por las Montañas Rocosas durante el eclipse solar, pero su naturaleza exacta necesita ser investigada.
"... un experimento celestial activo gigante proporcionado por el sol y la luna". - Phil Erickson, subdirector del Observatorio Haystack.
"Desde los primeros días de las comunicaciones de radio, hace más de 100 años, se sabe que los eclipses tienen efectos grandes y, a veces, imprevistos en la parte ionizada de la atmósfera de la Tierra y las señales que la atraviesan", dice Phil Erickson, director asistente de Haystack y líder del grupo de ciencias atmosféricas y geoespaciales. “Estos nuevos resultados de los estudios dirigidos por Haystack son un excelente ejemplo de cuánto queda por aprender sobre nuestra atmósfera y sus complejas interacciones a través de la observación de una de las vistas más espectaculares de la naturaleza: un experimento celeste gigante y activo proporcionado por el sol y la luna. El poder de los métodos de observación modernos, incluidos los sensores remotos de radio distribuidos ampliamente en todo Estados Unidos, fue clave para revelar estas características nuevas y fascinantes ".
El Gran Eclipse Americano vino y se fue, pero los científicos examinarán los datos detallados recopilados durante ese "experimento celestial" de 90 minutos durante algún tiempo.
