Er wordt al lang voorspeld dat een zonsverduistering een boeggolf zou veroorzaken in de ionosfeer van de aarde. De eclips van augustus 2017 - de 'Great American Eclipse' genoemd omdat deze de continentale VS overstak - gaf wetenschappers de kans om die voorspelling te testen. Wetenschappers van MIT's Haystack Observatory gebruikten meer dan 2000 GNSS-ontvangers (Global Navigation Satellite System) in de hele continentale VS om dit type boeggolf voor het eerst te observeren.
De Great American Eclipse deed er 90 minuten over om de VS over te steken, met een totale duur van slechts een paar minuten op elke locatie. Toen de schaduw van de maan met supersonische snelheden door de VS bewoog, veroorzaakte dit een snelle temperatuurdaling. Na verder te zijn gegaan, steeg de temperatuur weer. Deze snelle verwarming en koeling veroorzaakte de ionosferische boeggolf.
De boeggolf zelf bestaat uit schommelingen in het elektronengehalte van de ionosfeer. De GNSS-ontvangers verzamelen zeer nauwkeurige gegevens over de TEC (Total Electron Content) van de ionosfeer. Deze animatie toont de boeggolf van elektroneninhoud die door de VS beweegt.
De details van deze boeggolf zijn gepubliceerd in een paper door Shun-Rong Zhang en collega's van MIT's Haystack Observatory en collega's van de Universiteit van Tromso in Noorwegen. In hun paper leggen ze het als volgt uit: “De eclipsschaduw heeft een supersonische beweging die atmosferische boeggolven [genereert], vergelijkbaar met een snel bewegende rivierboot, met golven die in de lagere atmosfeer beginnen en zich voortplanten naar de ionosfeer. Eclipse-passage genereerde duidelijke ionosferische booggolven in verstoringen van de elektroneninhoud die afkomstig zijn van de totaliteit voornamelijk over het midden / oosten van de Verenigde Staten. Onderzoek naar golfkarakteristieken onthult complexe onderlinge verbindingen tussen de zon, de maan en de neutrale atmosfeer en ionosfeer van de aarde. "
De ionosfeer strekt zich overdag uit van ongeveer 50 km tot 1000 km hoogte. Het zwelt op wanneer de straling van de zon de aarde bereikt en 's nachts afneemt. De grootte fluctueert altijd gedurende de dag. Het wordt de ionosfeer genoemd omdat het de regio is waar geladen deeltjes die door zonnestraling ontstaan, zich bevinden. De ionosfeer is ook waar aurora's voorkomen. Maar nog belangrijker, het is waar radiogolven zich voortplanten.
De ionosfeer speelt een belangrijke rol in de moderne wereld. Hiermee kunnen radiogolven over de horizon reizen en wordt ook de satellietcommunicatie beïnvloed. Deze afbeelding toont enkele van de complexe manieren waarop onze communicatiesystemen met de ionosfeer omgaan.
Er gebeurt veel in de ionosfeer. Naast de boeggolf zijn er verschillende soorten golven en storingen. Een beter begrip van de ionosfeer is belangrijk in onze moderne wereld en de zonsverduistering van augustus gaf wetenschappers de kans om niet alleen de boeggolf te observeren, maar ook om de ionosfeer nader te bestuderen.
De GNSS-gegevens die werden gebruikt om de boeggolf te observeren, waren ook de sleutel in een ander onderzoek. Deze werd ook gepubliceerd in het tijdschrift Geophysical Research Letters en werd geleid door Anthea Coster van het Haystack Observatory. De gegevens van het GNSS-netwerk werden gebruikt om de Total Electron Content (TEC) en de differentiële TEC te detecteren. Vervolgens analyseerden ze die gegevens voor een paar dingen tijdens het verstrijken van de zonsverduistering: de longitudinale en longitudinale respons van de TEC en de aanwezigheid van eventuele reizende ionosferische verstoringen (TID) op de TEC.
Voorspellingen lieten een vermindering van TEC met 35% zien, maar het team was verrast om een vermindering tot 60% te vinden. Ze waren ook verrast toen ze structuren van verhoogde TEC vonden boven de Rocky Mountains, hoewel dat nooit werd voorspeld. Deze structuren zijn waarschijnlijk verbonden met atmosferische golven die in de lagere atmosfeer zijn gecreëerd door de Rocky Mountains tijdens de zonsverduistering, maar hun exacte aard moet worden onderzocht.
"... een gigantisch actief hemelexperiment geleverd door de zon en de maan." - Phil Erickson, adjunct-directeur bij Haystack Observatory.
"Sinds de eerste dagen van radiocommunicatie meer dan 100 jaar geleden, is het bekend dat verduisteringen grote en soms onverwachte effecten hebben op het geïoniseerde deel van de atmosfeer van de aarde en de signalen die daar doorheen gaan", zegt Phil Erickson, assistent-directeur bij Haystack en lead voor de groep atmosferische wetenschappen. "Deze nieuwe resultaten van door Haystack geleide onderzoeken zijn een uitstekend voorbeeld van hoeveel er nog te leren valt over onze atmosfeer en de complexe interacties door het observeren van een van de meest spectaculaire bezienswaardigheden van de natuur - een gigantisch actief hemelexperiment geleverd door de zon en de maan. De kracht van moderne observatiemethoden, waaronder radiosensoren op grote schaal verspreid over de Verenigde Staten, was de sleutel tot het onthullen van deze nieuwe en fascinerende functies. ”
De Grote Amerikaanse Eclipse is gekomen en gegaan, maar de gedetailleerde gegevens die tijdens dat 'hemelse experiment' van 90 minuten zijn verzameld, zullen nog enige tijd door wetenschappers worden onderzocht.
