本文是一份特別報告的一部分，該報告關於2024年4月8日在美國、墨西哥和加拿大部分地區可見的日全食。
人類很幸運地居住在一個行星上，從我們在地面的角度來看，太陽和月亮在天空中看起來大小相同。平均每一年半，我們灰色的衛星都會滑到我們友好的鄰居恆星前面，完全阻擋它在地球上某些地方的光線：瞧，日全食。
其中一次天文事件將於 2024 年 4 月 8 日發生。這次日全食將橫跨北美，從墨西哥到加拿大，途經德克薩斯州、俄克拉荷馬州、阿肯色州、密蘇里州、伊利諾伊州、肯塔基州、印第安納州、俄亥俄州、賓夕法尼亞州、紐約州、佛蒙特州、新罕布什爾州和緬因州的部分地區。
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美國數百萬人將看到日食。但他們可以做的不僅僅是觀看：他們可以參與其中。由於日食將使如此多的人變暗，因此這是一個絕佳的機會，可以進行一種包容性的、任何人都可以參與的研究形式，有時稱為“公民科學”。以下是四個 NASA 資助的專案，追逐日食的人們可以報名參加，以便為地球人瞭解最近的恆星和我們的家園星球做出貢獻。
太陽素描器
太陽素描器應用程式讓日食觀看者可以自動進行科學研究——這將幫助研究人員確定太陽的精確形狀——並在過程中獲得一些藝術成果。
太陽的形狀可能看起來很簡單——一個球體！——但這個答案遺漏了一些細微之處。“它幾乎是圓形的，但又不完全是，”太陽素描器專案負責人、西肯塔基大學教授戈登·埃姆斯利說。實際上，我們的恆星有點扁平，或者說是扁球形的。科學家目前可以在 50 公里的範圍內繪製出這種扁率的細節，但太陽素描器的目標是將測量精度提高到幾公里左右。
來源：凱蒂·皮克；來源：NASA（日食軌跡資料）
為了實現該目標，在將太陽素描器應用程式下載到智慧手機後，它會在日食的兩個部分自動拍攝照片，屆時會出現稱為貝利珠的特徵。這些現象發生在全食之前和之後。在這兩個時刻，陽光在月球的山脈和山谷之間照射，產生一種效果，有些人也稱之為“鑽石環”。每個使用者的手機都將捕捉到該環或那些珠子（選擇你的隱喻），並且由於 GPS，還將記錄下拍攝照片的地球上的精確位置。“然後，當建立某種網際網路連線時，它會將所有照片上傳給我們或用於分析，”埃姆斯利說。
該應用程式主要由西肯塔基大學的學生開發，包括科學、藝術、設計、心理學和英語專業的學生。“我們付出了很多努力來使其使用者友好，”埃姆斯利說。確實如此。“你只需要有一部手機，並且願意讓它靜置兩三分鐘，”他說。
如果您這樣做，您將貢獻來自地球上特定地點和時間的完全獨特的資料。從許多日食愛好者的影像中，太陽素描器團隊可以建立一個太陽影像的混合體，這些影像是由德克薩斯州到緬因州地區的參與者在略有不同的時間從不同角度拍攝的。這種混合將使團隊能夠比以往任何時候都更詳細地測量太陽的形狀。但科學研究並沒有止步於此：形狀揭示了更多關於太陽內部結構的資訊，因為恆星內部流動的物質會使其變形。反過來，這些資訊將讓科學家們弄清楚太陽如何牽引附近的行星——一項引力研究。
該團隊計劃在 2 月下旬釋出該應用程式，並希望儘可能多的人下載它。“您的資料很有價值，”埃姆斯利說。“就這麼簡單。”
日食聲景
相比之下，日食聲景專案更側重於與地球相關的資料，而不是太陽。它關注的不是典型的視覺資料，而是其他感官，特別是（顧名思義）聲音。“如果你在谷歌圖片上搜索‘科學家’，幾乎總是會出現一個正在看東西的人，”高階包容性和 STEAM 可訪問性研究 (ARISA) 實驗室的 MaryKay Severino 說，該實驗室正在領導該專案。當構思日食聲景時，該團隊希望使科學更具多感官性，並更具包容性，將經常被排除在天文學之外的人們包括進來。
有多種參與該專案的方式。業餘科學家可以加入的一種方式是申請成為“觀察員”。在日食當天，即使他們不在日食路徑上，他們也會記錄周圍世界的觀察結果——使用他們的所有感官，並將他們的看法提交給團隊。他們可以在網上註冊，直到日食前幾天。
同時，註冊成為“資料收集員”的參與者將使用稱為 AudioMoth 的錄音裝置來捕獲聲音，這些裝置配備了為盲人和低視力使用者提供的尋路“凸點”。資料收集員必須在日食路徑上或附近。免費套件的申請已於 1 月 31 日結束，但參與者可以使用網站上鍊接的耗材構建自己的套件，只需及時訂購併在 4 月 8 日之前將它們像樂高積木一樣組裝起來即可。
日食聲景背後的想法具有悠久的傳統：它正在跟進一項近 100 年前的研究，該研究也招募了社群參與者，並研究了動物和昆蟲對日食的反應。Trae Winter 與 Severino 共同領導該專案並共同創立了該實驗室，他在一位盲人朋友要求他描述日食後首次接觸到這項研究——他記得另一個人回憶說，當之前的日食到來時，就像有人打開了一個“蟋蟀開關”，一旦白天變黑。
今天，研究人員希望重新建立 1930 年代研究的更現代版本，他們需要美國各地許多人的幫助。“你不能只在一個棲息地測量某些東西就說它是普遍適用的，”Winter 說。
科學愛好者還可以在日食結束後分析來自聲景的資訊，前提是他們參加線上培訓課程。如果有人只想瞭解日食，他們可以擔任聲景“學徒”的角色，並在線完成一些非同步模組。對於所有角色，團隊都會提供包含太空機構徽標的 NASA 官方結業證書。
HamSCI
另一個專案也涉及聽覺，而不是視覺日食——儘管這種聽覺需要使用業餘無線電來收集更專業的資料。它是由一個名為業餘無線電科學公民調查 (HamSCI) 的平臺組織的，非常合適。該社群由斯克蘭頓大學物理與工程系領導，並與其他大學和機構合作。
斯克蘭頓教授納撒尼爾·弗裡塞爾最初創立 HamSCI 是為了試圖瞭解高層大氣層及其受太陽活動影響的方式。儘管日食可能是其最廣泛的努力，但該小組承擔了許多研究專案。“我們使其涵蓋了所有涉及業餘無線電的科學調查，”他說。
在日食期間，參與者將深入研究電離層，電離層是地球高層大氣的一部分，充滿了帶電粒子並反射無線電波。它始終處於變化之中，當來自太陽的帶電粒子和輻射撞擊它時，它們會促成這些變化。
HamSCI 的日食資料將幫助科學家瞭解和更好地預測電離層的短期變化。其波動當然會更廣泛地影響大氣層，也會影響地球上的通訊，因為無線電訊號通常依賴於這個動盪的區域。日食——當太陽行為非常為人所知時——是研究電離層太陽驅動動力學的好時機。“這是一個真正的好機會來測試我們的模型和測試我們的理解。如果我們感知到的與我們的模型所說的不符，那麼它給了我們一個機會回到過去說，‘好吧，好吧，為什麼不呢？’”弗裡塞爾說。
有抱負的社群參與者可以從幾個軌道中選擇收集資料以實現該目標。弗裡塞爾說，如果他們以前從未接觸過業餘無線電，“參與其中的最佳方式可能是加入當地俱樂部”，當地俱樂部可以提供可用於參與幾個 HamSCI 專案的裝置。
另一個軌道涉及在家中構建無線電接收器，並在日食當天將其調諧到來自科羅拉多州柯林斯堡的短波電臺 WWV。“你可以在美國各地——整個大陸——聽到該訊號，”弗裡塞爾說。它以非常精確的頻率傳送出去，但高層大氣層的活動會改變該頻率。“因此，您從該無線電臺的頻率測量中看到的任何變化都可以歸因於電離層的變化，”他說。這些調諧變化會立即顯示出來，弗裡塞爾將這種效果描述為“即時滿足感”。而這不正是日食的全部意義所在嗎？
日食巨型電影
太陽不是一個空白、平靜的圓盤——任何在日食期間看到日冕的人都會親身體驗到這一點。它有風暴、黑子和爆發，以及其他東西。一個名為日食巨型電影的眾包科學專案旨在更詳細地描述，正如其描述所說，“太陽射流和羽流的秘密生活”。這些火熱的特徵首先從太陽噴射出來，然後被太陽風帶入太空，就像所有旅程一樣，這個旅程會導致它們沿途發生變化。
日食巨型電影專案招募業餘科學家來找出這些特徵及其反覆無常的行為，因為這些參與者的相機有助於查明從給定恆星射出的射流和特性發生變化的羽流。
參與其中只需要一臺帶變焦鏡頭和三腳架的數碼單反 (DSLR) 相機，以及願意在正確的時間將其指向正確的方向。在參與者傳送照片後，科學家將使用人工智慧來幫助分析影像並識別他們正在尋找的目標特徵。與此相關的是，編碼人員可以幫助開發將進行篩選的演算法。
這些照片還將對齊在一起製作成一部巨型電影，正如其名稱所示。在日食之後，致力於將所有照片拼接在一起的軟體是人們可以加入這項工作的另一種方式。要參與其中，日食追逐者可以申請併為團隊上傳一張練習照片。
另一個名為公民大陸-美國望遠鏡日食 (CATE) 2024 實驗的專案正在選擇約 35 個團隊來合作製作另一部電影。這部電影將使用太陽望遠鏡對太陽日冕進行偏振觀測，因為它在日食經過北美的 60 分鐘內不斷演變。這些團隊的資料將有助於揭示磁場和等離子體如何發揮作用，從而闡明日冕的相互聯絡和加熱機制。