日食が地球の電離層に弓波を引き起こすと長い間予測されていました。 2017年8月の日食は、米国大陸を通過したことから「グレートアメリカンエクリプス」と呼ばれ、科学者にその予測をテストする機会を与えました。 MITのヘイスタック天文台の科学者は、米国大陸全体で2,000以上のGNSS（全地球航法衛星システム）受信機を使用して、このタイプの船首波を初めて観測しました。
グレートアメリカンエクリプスは、米国を横断するのに90分かかり、どの場所でも合計数分しか続きませんでした。月の影が超音速で全米を移動したため、急激な温度低下が発生しました。次に進んだ後、再び気温が上昇した。この急速な加熱と冷却が電離層の弓波を引き起こしたものです。
弓波自体は電離層の電子含有量の変動で構成されています。 GNSSレシーバーは、電離層のTEC（全電子量）に関する非常に正確なデータを収集します。このアニメーションは、電子コンテンツの弓の波が米国中を移動する様子を示しています。
この弓の波の詳細は、MITのヘイスタック天文台のShun-Rong Zhangと同僚、ノルウェーのトロムソ大学の同僚によって論文で発表されました。彼らの論文では、彼らは次のように説明しています。「日食の影には、超高速運動があり、高速で動く川のボートに似ており、波は下層大気から始まり、電離層に伝播します。食道は、主に合衆国中部/東部の全体から発する電子含有量の乱れに明確な電離層の弓波を生成しました。波動特性の研究により、太陽、月、地球の中立大気および電離層の間の複雑な相互接続が明らかになりました。」
電離層は、日中の高度が約50 kmから1000 kmに及びます。太陽からの放射が地球に到達すると膨張し、夜には沈静化します。サイズは日中常に変動しています。これは、太陽放射によって生成された荷電粒子が存在する領域であるため、電離層と呼ばれます。電離層は、オーロラが発生する場所でもあります。しかし、より重要なのは、電波が伝播する場所です。
電離層は現代世界で重要な役割を果たしています。電波が地平線上を移動できるようにし、衛星通信にも影響を与えます。この画像は、私たちの通信システムが電離層と相互作用するいくつかの複雑な方法を示しています。
電離層では多くのことが起こっています。船首波以外にもさまざまな種類の波や妨害があります。私たちの現代の世界では電離層をよりよく理解することが重要であり、8月の日食は科学者に弓波を観測するだけでなく、電離層をより詳細に研究する機会を与えました。
別の研究でも、弓波の観測に使用されたGNSSデータが重要でした。これは、ジャーナルGeophysical Research Lettersにも掲載されており、Haystack ObservatoryのAnthea Costerが主導しました。 GNSSのネットワークからのデータを使用して、全電子量（TEC）と微分TECを検出しました。その後、彼らは、日食の通過中の2つの事柄について、そのデータを分析しました。TECの緯度と経度の応答、およびTECへの移動電離層障害（TID）の存在です。
予測ではTECが35％減少したが、チームは最大60％の減少を発見して驚いた。ロッキー山脈でTECが増加している構造を発見したことにも驚いたが、それは決して予測されなかった。これらの構造はおそらく、日食中にロッキー山脈によって下層大気で生成された大気波に関連していると考えられますが、その正確な性質を調査する必要があります。
「…太陽と月によって提供される巨大で活発な天体実験」 – Phil Erickson、Haystack Observatoryのアシスタントディレクター。
「100年以上前の無線通信の最初の日以来、日食は地球の大気のイオン化された部分とそれを通過する信号に大きな、時には予期しない影響を与えることが知られています」とヘイスタックのアシスタントディレクターであるフィルエリクソンは述べています。大気および地球空間科学グループのリーダー。 「ヘイスタック主導の研究からのこれらの新しい結果は、自然と最も壮観な光景の1つである太陽と月によって提供される巨大な活発な天体実験を観察することによって、大気とその複雑な相互作用についてまだ学ばなければならないことがどれほど残っているかの良い例です。これらの新しい魅力的な機能を明らかにするためには、米国中に広く分布する無線リモートセンサーを含む、最新の観測方法の威力が鍵となりました。」
グレートアメリカンエクリプスは消滅しましたが、その90分の「天体実験」の間に収集された詳細なデータは、しばらくの間科学者によって調査されます。
