日食2017: 对科学家来说，每次日食都是一次自然实验

在下周一的日食期间，一个阴影将以每小时1,500英里的速度冲过天空，形成一个寒冷的地方，它将像快艇激起船头尾流一样在大气中荡漾。一组大气科学家将前往密苏里州，在那里他们将借用人们的后院来研究这种现象。其他研究人员计划观察太阳的神秘大气，称为日冕，通常被阳光淹没。为此，NASA正在通过日食路径飞行两架装有望远镜的改装轰炸机。

日食在世界某处每两年发生一次，但科学家们从未用过新的方法向它们学习。每一个都是一个独特的自然实验，每一次，新技术都允许以前不可能的事情。这也有助于在美国大部分地区看到这种特殊的日食，这个国家充满了科学家和科学爱好者。从俄勒冈州到南卡罗来纳州的70英里宽的波段将可见日全食。

马萨诸塞州威廉姆斯学院的天文学教授杰伊·帕萨乔夫 (Jay pasachoff) 表示，科学家已经使用日食来了解宇宙至少200年了。他参加了65次日食，第66次日食，他与来自世界各地的天文学家团队和一辆载有3,000镑设备的卡车一起前往俄勒冈州塞勒姆。他计划收集有关电晕中带电粒子跟随磁场循环的方式的新数据。

过去的日食带来了巨大的进步。最著名的是1919日食，当时亚瑟·爱丁顿 (Arthur Eddington) 证明了太阳的质量确实像爱因斯坦相对论所预测的那样弯曲了星光。但1868年，在此之前很久，在印度观测日食的天文学家又发现了一个历史性的发现。帕萨乔夫说，他们使用仪器将太阳的光分离成光谱，发现了太阳日冕中一种神秘的，尚未发现的元素的证据。为了纪念希腊太阳神，他们将新元素称为 “氦”。

帕萨乔夫说，天文学家认为他们在明年的日食中发现了另一种元素。但他们最终意识到，他们称之为 “冠状” 的物质实际上是另一种东西: 太阳大气中的铁被加热到百万度以上的不可能的温度。直到今天，科学家们仍在努力理解为什么太阳的大气如此热-比表面 (只有几千度) 热一千倍。这是pasachoff试图与他的团队解决的主要谜团。

西南研究所的太阳物理学家阿米尔·卡斯皮 (Amir Caspi) 说，科学家对太阳如何向日冕发送如此多的热量有一些想法。根据一种说法，磁场会产生一种波，该波将能量从太阳内部转移到密度低得多的气体包层。在另一种理论中，许多小的 “纳米耀斑” 将能量转移到日冕上-尽管到目前为止的观察仅揭示了它们存在的暗示。为了寻找这两种现象，Caspi参与了NASA的一个项目，该项目使用了两架装有望远镜的名为WB-57s的冷战时期轰炸机。

以50,000英尺的速度飞行-比正常的商业巡航高度高一点-他们不必担心云，并且可以测量来自地面的红外光，而红外光主要被大气阻挡。他们将在日冕每秒拍摄约30张图像，产生大量数据。通过沿着阴影的路径飞行，他们将花大约四分钟的时间观看日全食。你能在地面上得到的最好的是两个半多一点。(长时间观看日食的记录发生在1973年，当时协和飞机以超音速沿着日食路径飞行，使乘客总共飞行了74分钟。)

同时，波士顿大学的电气工程学教授Josh Semeter领导着研究日食阴影如何影响大气的小组之一。月球的阴影从西向东移动，因为月球在其轨道上移动了那个方向。月球的阴影将产生干扰-semeeter和他的同事计划通过将无线电波从称为电离层的上层大气层的带电粒子上反弹来观察这种唤醒。

Semeter说: “密苏里州已经拥有一套漂亮的传感器。”这些是交通部安装的GpS接收器。但是他们也希望从距离更近的传感器中获得更细粒度的测量结果。为此，他们意识到他们需要借用一些后院来设置较小的接收器。他说，报纸上的一篇报道要求杰斐逊城和斯普林菲尔德之间的人们做志愿者，他们得到了足够多的回应-足以挑选出最好的地方。

Semeeter表示，尽管他们正在利用GpS技术，但他们的工作之一将是改善电离层模型，这可以帮助提高未来的GpS精度，并防止所有带电粒子波动引起的信号损失。他们希望看到其他效果。月球的阴影将暂时改变电离层，使一些带电粒子和自由电子结合成中性原子。另外，阴影以超音速移动的事实意味着它们可能会得到一些有趣休克，就像超音速飞机产生音爆一样。“我不能告诉你我们会看到什么效果，因为这是研究，” Semeter说。“我们没有这种详细观察的先例。”

这次日食期间的另一个前所未有的现象将是大量的日常人员帮助研究人员收集数据。公民科学家可以使用GLOBE Observer应用程序帮助NASA记录天气状况，或者为称为Eclipse Megamovie的集体工作贡献照片，或者下载iNaturalist并记录值得注意的动物行为。据估计，将有数百万人参与这样的努力。此外，我们不必等太久就能看到下一次日食来增光美国大陆。这将2024年发生，届时技术将带来一个全新的可能性世界。