专家称研究达拉斯日全食可能有益于无线电GPS设备

在地球大气层与太空相遇的地方，气体粒子的海洋在电场和磁场精心编排的舞蹈中旋转。白天，太阳光线加热粒子直至它们分裂，释放出带电电子和正离子，从而改变舞蹈的节奏——但直到夜幕降临，粒子才会放松并重新组合。科学家追踪这些变化，以了解这层大气(称为电离层)的功能。

但今年四月的一个下午，当夜幕降临北美部分地区时，会发生什么呢?电离层的粒子将如何反应?

德克萨斯大学达拉斯分校的物理学教授法比亚诺·罗德里格斯(FabianoRodrigues)将在4月8日日全食期间探究这些问题。他和他的团队将收集数据，以了解当月亮遮住太阳、使达拉斯陷入困境时，电离层粒子如何变化。完全黑暗了近四分钟。

罗德里格斯说，除了更全面地了解电离层的内部运作之外，这项研究还可以提高未来无线电和GPS系统接收通过电离层发送的信号的准确性。

日食中的电子

电离层距离地球表面50至400英里，就像一座连接地球和太空的桥梁。电离层气体粒子的数量和运动随着昼夜周期的变化而变化，但它们也受到地球天气(飓风和雷暴波动的压力波)以及太空天气(改变电磁条件)的影响。

为了确定我们的位置，卫星向地球发送穿过电离层的信号，在传送到跟踪器和iPhone的途中将气体粒子和杂散电子探测到。工程师需要了解电离层如何影响GPS信号才能设计高效的设备。

全食或日食期间完全黑暗的时间，为研究电离层提供了独特的机会。

南卫理公会大学工程学教授迪内什·拉詹(DineshRajan)没有参与罗德里格斯的研究，他说：“在几分钟的时间内，你就会看到这种突然的转变，这使得它成为一个非常有趣的观察现象。”

罗德里格斯想知道：电离层中的电子会在全食的确切时刻急剧下降吗?或者它们会慢慢消失，然后随着太阳再次出现?

实时监控

作为巴西的一名本科生，罗德里格斯设计了一种无线电来测量太阳耀斑(强烈的、不可预测的太阳能爆发)如何干扰无线电信号。他对台式电脑大小的设备如何充当太空窗口感到着迷。

“我可以建造一些东西，并且我可以看到我无法看到的东西，并且这些东西是无法通过视觉检测到的，”他说。

4月8日，罗德里格斯和他的团队将携带他们的设备(包括用于接收卫星信号的天线和用于收集和存储数据的接收器)到位于理查森的UTD校园内尚未确定的空间。他们还将在达拉斯的两个地点安装设备。

在十月的日偏食期间，罗德里格斯和他的团队在其路径上的各个地点分布了接收器——犹他州、科罗拉多州、哥斯达黎加、巴西和德克萨斯州。他们注意到日食期间电离层的差异，但仍在分析数据，看看这些差异是否因位置而异。

4月份，他们将在新罕布什尔州、宾夕法尼亚州、伊利诺伊州和得克萨斯州靠近或位于全食路径上的大学安装传感器。罗德里格斯的一名研究生艾萨克·赖特正在开发一个界面，该界面可以实时显示日食期间电子数量的变化。

罗德里格斯还希望他的团队进行相关调查。2017年日食期间，麻省理工学院海斯塔克天文台的研究人员证实，日食的阴影在电离层中产生了“弓形波”(想象一下船头穿过水面时呈扇形散开的波)。这些波不会影响无线电或GPS信号，但研究它们可以产生有关地球高层大气的更多信息。

罗德里格斯的实验室将寻求更多地了解日食期间和之后电离层产生的波，包括它们的速度和方向。

“当你进行观察时，你会看到一些你没有想到的东西，”他说。“这就是你获得新发现的方式。”