La célèbre grande éclipse américaine d'août 2017 a traversé le continent américain en 90 minutes, et la totalité n'a pas duré plus de quelques minutes à n'importe quel endroit. L'événement est bien dans le rétroviseur maintenant, mais l'enquête scientifique sur les effets de l'ombre de la lune sur l'atmosphère terrestre est toujours en cours, et de nouvelles découvertes intéressantes font surface à un rythme rapide. Il s'agit notamment d'observations importantes par des scientifiques de l'observatoire Haystack du MIT à Westford, Massachusetts.

Les éclipses ne sont pas particulièrement rares, mais il est inhabituel que l'on traverse l'ensemble de la zone continentale des États-Unis comme cela s'est produit en août. En étudiant les effets d'une éclipse sur le contenu électronique de la haute atmosphère, les scientifiques en apprennent davantage sur la façon dont l'atmosphère complexe et imbriquée de notre planète réagit aux événements météorologiques spatiaux, comme les éruptions solaires et les éjections de masse coronale, qui peuvent avoir des effets graves sur les informations de signal et les voies de communication, et peut avoir un impact sur les services de navigation et de positionnement.

L'ionosphère est la couche de l'atmosphère contenant des particules chargées créées principalement par le rayonnement solaire. Il permet la propagation et la communication d'ondes radio à longue distance à l'horizon et affecte les transmissions satellitaires essentielles dans les systèmes de navigation et les avions à bord. Puisque l'ionosphère est le milieu dans lequel les ondes radio voyagent et est affectée par les variations solaires, comprendre ses caractéristiques est important pour notre société technologique moderne. L'ionosphère est l'hôte d'un grand nombre d'ondes naturelles, de petit à grand en taille et en force, et les ombres des éclipses en particulier peuvent laisser derrière elles un grand nombre de vagues nouvellement créées lors de leur voyage à travers la planète.

Une sorte de ces nouvelles vagues, connu sous le nom d'ondes d'étrave ionosphériques, a été prédit pendant plus de 40 ans pour exister à la suite d'un passage d'éclipse. Des chercheurs de l'observatoire Haystack du MIT et de l'université de Tromsø en Norvège ont confirmé définitivement pour la première fois l'existence d'ondes d'étrave ionosphériques lors de l'événement d'août 2017. Une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l'Observatoire Haystack a étudié les données de contenu électronique ionosphérique collectées par un réseau de plus de 2, 000 récepteurs GNSS (Global Navigation Satellite System) à travers le pays. Sur la base de ce travail, Shunrong Zhang et ses collègues de Haystack ont ​​publié un article en décembre dans le journal Lettres de recherche géophysique sur les résultats montrant les ondes d'étrave ionosphériques nouvellement détectées.

Les scientifiques de la recherche géospatiale de l'observatoire Haystack ont ​​pu observer le phénomène de vague d'étrave éclipse pour la première fois dans l'atmosphère avec des détails et une précision sans précédent, grâce au vaste réseau de récepteurs GNSS extrêmement sensibles actuellement en place à travers les États-Unis. Les ondes d'étrave ionosphériques observées ressemblent beaucoup à celles formées par un navire ; l'ombre de la lune se déplace si rapidement qu'elle provoque un changement soudain de température car l'atmosphère est rapidement refroidie puis réchauffée au fur et à mesure que l'éclipse passe.

"L'ombre de l'éclipse a un mouvement supersonique qui [génère] des ondes d'étrave atmosphériques, semblable à un bateau fluvial rapide, avec des ondes partant de la basse atmosphère et se propageant dans l'ionosphère, " la description de Zhang et de ses collègues déclare. " Le passage de l'éclipse a généré des ondes d'arc ionosphériques claires dans des perturbations du contenu électronique émanant de la totalité principalement sur le centre et l'est des États-Unis. L'étude des caractéristiques des vagues révèle des interconnexions complexes entre le soleil, lune, et l'atmosphère neutre et l'ionosphère de la Terre."

Les récepteurs GNSS collectent des données très précises, des données à haute résolution sur le contenu électronique total (TEC) de l'ionosphère. Les riches détails fournis par ces données ont informé une étude distincte sur les effets d'éclipse dans le même numéro de Lettres de recherche géophysique par l'équipe de recherche Haystack et des collègues internationaux. La directrice associée et auteure principale de l'Observatoire Haystack, Anthea Coster, et ses co-auteurs décrivent la taille continentale et le calendrier des épuisements du TEC déclenchés par les éclipses observés aux États-Unis et ont observé une augmentation du TEC sur les montagnes Rocheuses qui est probablement liée à la génération d'ondes de montagne dans le basse atmosphère pendant l'éclipse. La raison de cet effet, qui n'était ni prédit ni anticipé avant l'éclipse, est actuellement étudiée par la communauté scientifique géospatiale.

« Depuis les premiers jours des communications radio il y a plus de 100 ans, les éclipses sont connues pour avoir des effets importants et parfois imprévus sur la partie ionisée de l'atmosphère terrestre et les signaux qui la traversent, " dit Phil Erickson, directeur adjoint à Haystack et responsable du groupe des sciences atmosphériques et géospatiales. "Ces nouveaux résultats d'études menées par Haystack sont un excellent exemple de tout ce qu'il reste encore à apprendre sur notre atmosphère et ses interactions complexes en observant l'un des sites les plus spectaculaires de la nature - une expérience céleste active géante fournie par le soleil et la lune. puissance des méthodes d'observation modernes, y compris les capteurs à distance radio largement distribués à travers les États-Unis, a été la clé pour révéler ces nouvelles fonctionnalités fascinantes."

L'éclipse Haystack étudie, y compris les observations des vagues d'étrave, a attiré l'attention des médias scientifiques nationaux. L'un des lecteurs de Zhang, une huitième année du Minnesota, posé des questions intéressantes :

Q :Y avait-il des preuves antérieures pour montrer que les vagues arriveraient pendant l'éclipse ?

R :Il y avait eu des études antérieures sur les vagues basées sur une couverture spatiale très limitée des observations. La grande éclipse américaine a fourni une couverture spatiale sans précédent pour voir sans ambiguïté les structures complètes des vagues.

Q :Ces ondes ont-elles émis une activité sismique ? Avaient-ils une fréquence sur laquelle ils pouvaient être détectés ?

R : Non, ils ne l'ont pas fait. En fait, nous pensons que ces ondes provenaient de la moyenne atmosphère [environ 50 kilomètres] mais nous les avons observées dans la haute atmosphère à environ 300 kilomètres. Il s'agissait de fluctuations de pression très faibles si l'on observe les vagues depuis le sol. Ce type de vague a été produit par des processus de refroidissement liés aux éclipses; il pourrait y avoir d'autres moyens d'induire des ondes similaires dans la haute atmosphère.

Q :Sur le chemin de la totalité, les vagues étaient-elles plus fortes ? Ont-ils eu un effet différent ailleurs ?

R : Oui, nous avons constaté qu'ils existaient principalement le long et à quelques centaines de kilomètres de la totalité du chemin central. Ils ont été vus pour la première fois dans le centre des États-Unis, puis disparu dans le centre-est des États-Unis. Ils ont pu voyager pendant environ une heure à une vitesse d'environ 300 mètres par seconde, plus lente que la vitesse de l'ombre de la lune.

Les scientifiques de Haystack continueront d'analyser les données atmosphériques de l'éclipse et s'attendent à rapporter d'autres résultats sous peu. La prochaine éclipse majeure en Amérique du Nord aura lieu en avril 2024.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.