Lökéshullámok az ionoszférában

A tavaly augusztusi amerikai napfogyatkozáskor ismét megfigyelték, hogy a kontinensen átsuhanó árnyék hullámokat keltett a Föld felsőlégkörében.

A kutatók már az 1970-es évek óta sejtették, hogy a Hold Földre vetülő árnyéka, amely teljes napfogyatkozás idején szuperszonikus sebességgel száguld végig a Föld felszínének keskeny sávján, hullámokat kelthet az ionoszférában, vagyis a felsőlégkörnek abban a tartományában, ahol jelentős az elektromosan töltött részecskék koncentrációja. Feltevésüket azonban sokáig nem sikerült bizonyítani.

Feltételezték, hogy a Hold árnyéka hullámokat kelt, mert a levegő hirtelen lehűl azokon a területeken, ahová az árnyék esik. A gyorsan mozgó árnyék nyomában, elhaladását követően visszamelegszik a levegő. Úgy gondolták, hogy a hőmérséklet hirtelen változása abban a magasságban kelt kimutatható hullámokat, ahol az ózonréteg és a vízpára jó hatásfokkal alakítja a Nap ibolyántúli sugárzását hővé. A tavaly augusztusi teljes fogyatkozás jó lehetőséget kínált a feltevés ellenőrzésére, amire Shun-Rong Zhang vezetésével a Massachusettsi Műszaki Egyetem Haystack Obszervatóriumának munkatársai vállalkoztak.

Sorozatfelvétel Madrasból (Oregon állam, USA) a 2017. augusztus 21-i napfogyatkozásról. (Kép: NASA / Aubrey Gemignani)

Zhang és munkatársai egész Észak-Amerikára kiterjedően mintegy 2000 érzékelőből álló hálózatot építettek ki, amelyek a navigációs (GNSS) műholdak jeleit vették. Az állomásokat nemcsak a teljes fogyatkozás keskeny sávjában, hanem a fogyatkozással érintett (félárnyékos) terület egészére kiterjedően helyezték el, az Egyesült Államok szárazföldi területén (ez a teljes fogyatkozás sávjának csak kis szakasza volt, a fogyatkozás többi része azonban óceánok területén haladt). A szenzorok adatait elemezve a kutatók meghatározták az egyes szenzorok és a közepes magasságú Föld körüli pályán (MEO, medium Earth orbit), azaz kb. 20 ezer km magasságban keringő műholdak közötti levegőoszlop teljes elektrontartalmát (TEC, total electron content), illetve a TEC változásait, amelyek az ionoszféra finom zavarait jelzik.

Az adatokban olyan lökéshullámokra utaló nyomokat kerestek, amilyenek a vízben haladó hajók mellett (orrhullám), illetve mögött (farhullám) kialakulnak. A hullámok mindkét típusát sikerült kimutatniuk. Azt is megállapították, hogy a hullámok nagyméretűek, kiterjedésük a földrajzi szélesség és hosszúság irányában egyaránt meghaladja a 10–10 fokot. A hullámok a totalitás mozgásával együtt mozogtak, hullámhosszuk 300–400 km volt, sebességük kb. 280 m/s (1000 km/h). A hullámok 1 óra hosszat megmaradtak. A hullámok a légkör alsóbb rétegeiben alakulnak ki, onnan terjednek felfelé, az ionoszféra irányában. Hangsúlyozzák, hogy a hullámok semmiféle veszélyt sem jelentenek, létezésük kimutatása pusztán tudományos érdekesség.

Különböző űreszközök felvételei a 2017. augusztus 21-i napfogyatkozásról, köztük a Földet figyelő műholdak felvételei az árnyék mozgásáról. (Forrás: NOAA / NASA, YouTube)

A jelenséget már a 2009. július 22-i teljes napfogyatkozáskor is kimutatták, elsősorban Tajvanon és Japánban végzett megfigyelésekkel, de ott a teljesség sávja váltakozva haladt tengerek és szárazföldek fölött. A 2017-es megfigyelést végző kutatók fontosnak tartják hangsúlyozni, hogy most a teljesség sávjának hosszú szakasza homogén szárazföldi terület fölött haladt. A 2009-es megfigyelések során a hullámok 360 km/h körüli haladási sebességét mérték. A fejhullámok és a farhullámok beérkezési ideje között mintegy 30 perc időkülönbséget mértek, ami – a jelenséget a hajók keltette hullámokkal összehasonlítva – annak felel meg, mintha egy 1700 km hosszú „hajó” száguldott volna végig a légkörben a fogyatkozás sávja mentén.

Kapcsolódó cikkek:
Így „látta” a napfogyatkozást a GPS
Amerika napfogyatkozása az űrből

Kapcsolódó linkek:
Ionoszférikus lökéshullámokat keltett a Hold árnyéka a nyári napfogyatkozáskor (Space.com)
A Geophysical Research Letters cikkének összefoglalója