При полном солнечном затмении Луна находится непосредственно между Солнцем и Землей, отбрасывая тень, которая перемещается по Земле, пересекая континенты и моря. Недавно, исследователи в Тайване и Японии показали, что эта тень создает воздушный мешок с повышенным давлением воздуха, который прорезает атмосферу подобно тому, как лодка движется по воде - оставляя заметный след. Кроме того, что это подтверждает предсказание 40-летней давности, открытие могло бы иметь значения для того, чтобы проводить мониторинг ядерных испытаний.
Наряду с погружением области в темноту, затмение также вызывает внезапное охлаждение атмосферы. Эффект воздействия на атмосферное давление сложен и должным образом не понят. Некоторые места охлаждаются быстрее, чем другие, создавая области, где давление увеличивается и области, где оно уменьшается.
Джин-Лин Лю (Jianlin Liu) из Национального Центрального Университета в Тайване и коллеги использовали Глобальную Систему Позиционирования (GPS), чтобы подтвердить предсказание 40-летней давности, что "теневые лодки" создаются в атмосфере в течение затмения. Эти «теневые лодки», как думают, являются воздушными мешками высокого давления воздуха непосредственно под тенью Луны, которые проделывают свой путь через воздух низкого давления подобно лодке, плывущей в воде.
Головная и хвостовая волны
Явление это можно легко понять на примере игрушечного кораблика в ванной. Если лодка упала в воду, рябь распространятся с фиксированной скоростью. Если лодка движется вперед, она генерирует волны на ее носу (спереди), расталкивая воду в сторону, и на ее корме (позади), когда вода устремляется, чтобы заполнить пространство за лодкой. Если лодку толкают быстрее, чем волны распространяются в воде, то последовательные волновые фронты будут накапливаться и волны будут усиливаться до тех пор, пока не станут неустойчивыми и разрушатся.
В 1970 году Джордж Чимонас и Колин Хайнс (George Chimonas and Colin Hines) из Университета в Торонто использовали компьютерные модели атмосферы, чтобы предсказать, что во время солнечного затмения, могут возникнуть два воздушных мешка высокого давления, движущихся со скоростью более чем 3200 км/ч - один на высоте 30 км над землей, а другой на высоте 80 км. Поскольку это намного быстрее, чем скорость звука в воздухе, эти "теневые лодки" создают головную и хвостовую волны в атмосфере.
В том же году два физика из Стэнфордского университета сообщили о возможном доказательстве существования этих волн давления - известные как акустические гравитационные волны - происходящих от солнечного затмения. Но акустические гравитационные волны могут быть вызваны многими источниками, такими как землетрясения, ядерные взрывы и даже грозы. Поэтому большое количество данных и сложные математические модели потребовались для того, чтобы можно было сказать, что определенный набор волн, безусловно, пришел от конкретного источника. Из-за этого в течение следующих четырех десятилетий ученые не смогли однозначно идентифицировать акустические гравитационные волны и солнечное затмение.
Удача
22 июля 2009 года, исследователям все же повезло. Между 10 и 11 часами утра полное солнечное затмения пересекло Японию и Тайвань - регионы, которые покрыты густой сетью наземных приемников GPS. Джин-Лин Лю и его коллеги имели в распоряжении около 13000 GPS-приемников и взялись за анализ собранных данных.
Команда использовала GPS сигналы для составления карты флуктуаций полной электронной концентрации (total electron content TEC) ионосферы - верхней части атмосферы выше 85 км. TEC связана с атмосферным давлением, что позволяет исследователям видеть различные головную и хвостовую волны от теней лодок сразу. Они измерили интервал между носовой и кормовой волнами: около 30 минут, что позволило им вычислить, что тень лодки имеет размер около 1700 км.
Не смотря на то, что головная и хвостовая волны, наконец-то наблюдались, Джин-Лин Лю высказывается осторожно, хотя стандартное объяснение эффекта - области с высоким давлением движутся через области пониженного давления - не вызывает сомнений. "?Нам все еще нужно время и усилия, чтобы разобраться, что произошло на самом деле в такой атмосфере", пояснил он.
Жан-Бернар Минс (Jean-Bernard Minster), геофизик из Scripps-Института океанографии в Калифорнии, считает, что принципиальное значение работы заключается не в том, что оно говорит нам о солнечных затмениях, но как достижение в области мониторинга ионосферы. "С точки зрения мониторинга договора о запрете ядерных испытаний, можно будет понять, как ионосферные возмущения выглядят и каковы их возможные источники, что действительно важно."