本文是關於 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的特別報道的一部分。
北美洲很快將迎來最罕見的天體奇觀之一：日全食。4 月 8 日，月球將從我們的恆星前方經過，將吞噬太陽的陰影投射到整個大陸，從墨西哥的馬薩特蘭市一直到紐芬蘭和拉布拉多省聖約翰斯的最東端。月球的陰影將花費大約兩個半小時才能覆蓋這片土地，對於路徑上數百萬的旁觀者來說，白天將變成黑夜，持續時間長達四分鐘。然而，熱切期待這一事件的不僅僅是普通大眾，這是 2044 年之前北美洲發生的最後一次日全食。科學家們正在為這次機會準備幾項獨特的實驗，利用日食來窺探太陽最隱秘的秘密，並研究太陽對地球的一些微妙影響。
由於這次日全食發生在多雨的四月，對於地面上的旁觀者來說，雲層遮擋可能比 2017 年 8 月美國上一次日全食期間更為嚴重。但對於至少一組觀察者——蒙大拿州立大學的安吉拉·德斯·賈丁斯領導的團隊來說——雲層將是受歡迎的。他們計劃在日食展開時，傳送數百個裝有儀器的氣球，在高達 35 公里的高空翱翔，以追蹤日食對地球大氣和天氣的影響。德斯·賈丁斯說，在月球的陰影下，氣溫可能會突然驟降超過 5 攝氏度（約 10 華氏度）——這種擾動會使被稱為重力波的巨大漣漪在下層雲層中波動。“重力波基本上是大氣中的壓力波，”她說。“它們很重要，因為它們真正主導著大氣中的混合和能量的傳輸。在氣候變化的範圍內理解它們非常重要。”
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在地面上，馬薩諸塞州包容與 STEAM 可及性高階研究 (ARISA) 實驗室的首席科學家特雷·溫特將追蹤完全不同的事物。透過錢包大小的 AudioMoths——他傳送給數百名志願者的配備麥克風的小型電子裝置——溫特將傾聽月球掃過的陰影中及周圍動物不斷變化的聲音。您仍然可以註冊參與這個名為“日食聲景”的專案。溫特特別渴望聽到蟋蟀的聲音，預計隨著黑暗短暫降臨，蟋蟀會變得更加活躍。“許多蟋蟀物種在黃昏時分尋找配偶，”他說。“總的來說，我們預計蟋蟀的噪音和聲音會增加，”儘管總是有出現意外的可能。
來源：凱蒂·皮克；來源：NASA（日食路徑資料）
當然，我們也是動物，溫特和他的志願者也將觀察和傾聽日食路徑上人類活動的變化——與大多數日全食不同，這次日全食涵蓋了人口稠密地區，而不是偏遠的海洋區域。“這是一個獨特的科學機會，”溫特說。
當太陽被月球遮擋時，最引人注目的特徵之一是太陽日冕的突然可見。這是太陽大氣層的最外層區域，從太陽表面延伸到恆星周圍數百萬公里。令人困惑的是，日冕的溫度可以達到數百萬度，而太陽表面或光球層的溫度僅為 5,500 攝氏度（10,000 華氏度）。弄清楚為什麼會這樣長期以來一直是天文學中一個懸而未決的問題。“我們不知道涉及哪些機制來傳遞這種能量，”NASA 馬歇爾太空飛行中心的天體物理學家亞當·科貝爾斯基說。日食提供了一個難得的機會，可以極其詳細地觀察日冕，月球對太陽的遮擋比人類可以創造的任何東西都更深入。“沒有什麼比抑制來自太陽表面深層的壓倒性光線更有效的方法了，”國家太陽天文臺的亞歷山德拉·特里奇勒說。
這個機會引起了西南研究院阿米爾·卡斯皮的注意，他計劃從空中利用這個機會。雖然他本人沒有親自飛行，但他將在一架 NASA WB-57 飛機上傳送一個紅外相機升空。透過安裝在飛機機頭的望遠鏡，紅外相機將拍攝日食的多張照片，產生日冕在月球周圍舞動的驚人影像。他和他的同事在 2017 年進行了相同的實驗，當時太陽活動週期接近最低點；這一次，太陽活動週期正在接近最高點，這意味著看到的景象可能會更加壯觀。例如，更活躍的太陽增加了卡斯皮看到並仔細研究日珥的機會，日珥是從太陽表面爆發到日冕中的巨大磁化等離子體團。“每次日食，太陽日冕都不同，”科羅拉多大學博爾德分校的太陽天體物理學家瑪莎·卡扎琴科說。“這就是它的魅力所在。”
除了卡斯皮之外，NASA 的帕克太陽探測器和太陽動力學天文臺以及位於夏威夷的丹尼爾·K·井上太陽望遠鏡 (DKIST) 也將一同研究日冕，DKIST 可以生成太陽表面的令人難以置信的高解析度影像。DKIST 從其位置只能看到偏食，但更重要的是，當日食經過北美洲時，它將與其天基同伴協同工作，提供日冕的多個視角，以補充卡斯皮的觀測。DKIST 的運營專案科學家特里奇勒說，獲得這種增強的視角將是“首次測量日冕磁場的絕佳機會”。這將使科學家能夠弄清磁場如何“連線到日冕的外部和內部”。除了幫助確定日冕加熱的複雜物理學之外，瞭解太陽磁場如何在這個神秘區域傳播可能有助於更準確地預測 направленные 地球的空間天氣爆發。
業餘無線電將是日食科學的另一個來源。斯克蘭頓大學的納撒尼爾·弗裡塞爾將協調一個由數百名業餘愛好者組成的團隊，他們將相互發射無線電訊號，以監測日食對地球高層大氣的影響。無論月球的陰影落在哪裡，它都會有效地在電離層中切出一個洞——電離層是地球表面上方 80 至 1,000 公里處的大氣電離區域。“當發生日食時，陰影會阻擋來自太陽的 X 射線和紫外線能量，”弗裡塞爾說。“當這種情況被阻擋時，電離要麼減慢要麼停止。”
通常，業餘無線電操作員可以透過將無線電波從接收器之間的電離層反射來跨越數千公里的距離進行聊天，但日全食對電離層的破壞會改變通訊條件。弗裡塞爾預計，在月球的陰影下，該技術將抑制大約 14 至 30 兆赫頻率的業餘無線電通訊，同時增強較低頻率的通訊。“日食創造了一個較弱的電離層，對無線電訊號的彎曲較小，”他說。但他和他的團隊將測量這種破壞以確保準確性。因此，當四月，透過最奇特的天體現象，月球完美地遮蔽太陽，使下方的大地變暗並召喚星星時，儘管這種景象會引起聚集人群無數的“哇”聲和“啊”聲，但對於弗裡塞爾和他的團隊來說，日食的頂峰將是片刻的近乎完全的無線電靜默。