2024年橫跨北美的日食激發了許多由美國國家航空暨太空總署（NASA）支持的研究項目，這些項目觀測了日食對日冕、地球大氣層和無線電通訊的影響。透過地面望遠鏡、飛機、業餘無線電傳輸和學生發射的高空氣球，研究人員收集了大量數據。

2024 年4 月8 日，日食的影子被弗吉尼亞理工大學熱氣球上的攝影機捕捉到，這是全國日食熱氣球計畫的一部分。 圖片來源：全國日食熱氣球計畫/維吉尼亞理工大學

2024 年4 月8 日，日全食穿越北美，從墨西哥西岸開始，橫掃美國，最後在加拿大東北部結束。 為了研究這一事件，美國國家航空暨太空總署（美國國家航空暨太空總署）資助了幾個研究項目，並招募公民科學家來探索太陽是如何影響地球的，特別是太陽的相互作用是如何影響地球大氣層和無線電訊號的。

在12月10日的新聞發布會上，出席在華盛頓特區舉行的美國地球物理聯盟年會的科學家們分享了其中幾項與日食有關的研究的早期發現。

科學家和數以萬計的志願觀測者駐紮在整個月影中，”位於華盛頓的NASA總部的月食項目經理Kelly Korreck說。他們的努力是”太陽物理學大年“的重要組成部分–幫助我們多了解太陽，以及當我們的恆星的光芒從視野中暫時消失時，它是如何影響地球大氣層的。

這部來自Citizen CATE 2024 專案的初步影片拼接了2024 年4 月8 日日全食期間從不同地點拍攝的日冕偏振影像。 圖片來源：SwRI/Citizen CATE 2024/Dan Seaton/Derek Lamb

4 月8 日，”公民CATE 2024″（美洲大陸望遠鏡日食）計畫從德州到緬因州的當地社區派出了35 個觀測小組，在日全食期間捕捉太陽外層大氣或日冕的圖像。 他們的目標是觀察日冕在全食席捲整個大陸時發生了怎樣的變化。

12 月10 日，科羅拉多州博爾德市西南研究所的CATE 專案經理莎拉-科瓦克（Sarah Kovac）報告說，雖然有幾個團隊受到了雲層的阻礙，但大多數團隊都成功觀測到了全食現象–總共收集了47000 多張圖像。

這些影像是用偏振光或不同方向的光拍攝的，以幫助科學家更好地了解日冕的形成過程。

這張日全食影像是2024 年4 月8 日美國太空總署一架WB-57 飛機上的相機拍攝的30 張50 毫秒曝光的組合影像。 它是用電離鐵原子發出的一種波長的光拍攝的。 這種Fe XIV 發射凸顯了在特定溫度（約320 萬華氏度）下的電化氣體（稱為等離子體），它經常揭示日冕中的拱形結構。 資料來源：B. Justen， O. Mayer， M. Justen， S. Habbal， and M. Druckmuller

科瓦克分享了根據這些圖像製作的電影的初步剪輯。 該項目仍在將所有影像拼接成一小時長的最終影片，並將在稍後發布。

科瓦奇說：”CATE 2024 的魅力在於，我們將最前沿的專業科學與來自各行各業的社區參與者融合在一起。每位參與者的奉獻使這一計畫成為可能。”

同時，在距離地面5 萬英尺的高空，兩架NASA WB-57 飛機追逐日食陰影飛越整個大陸，在雲層之上進行觀測，並將日全食時間延長至約6 分20 秒。

機上載有多個研究小組為研究日冕而製造的照相機和光譜儀（分析不同波長光線的儀器）。

凱斯西儲大學的學生在2024 年日全食期間操作無線電。 資料來源：HamSCI/凱斯西儲大學

12 月10 日，夏威夷大學的沙迪亞-哈巴爾（Shadia Habbal）報告說，儘管遇到了一個挑戰，但他們的儀器還是收集了寶貴的數據。 他們安裝在飛機機翼上的相機遇到了意想不到的震動，導致一些影像略微模糊。

不過，所有相機都捕捉到了日冕的細節影像，而位於飛機機頭的光譜儀也沒有受到影響。 結果非常成功，科學家們已經計劃再次在飛機上進行類似的實驗。

Habbal說：”WB-57是一個非凡的日食觀測平台，我們將努力在今後的日食觀測中加以利用。”

4 月8 日，作為”火腿無線電科學公民調查”（HamSCI）日食電離層科學節的一部分，業餘或”火腿”無線電操作員在日食之前、期間和之後相互發送和接收信號。 6，350 多名業餘無線電操作員產生了5，200 多萬個數據點，以觀察日全食期間太陽光的突然消失如何影響他們的無線電信號和電離層（地球高層大氣的電化區域）。

這張地圖展示了2024 年日全食期間月影穿過美國的路徑。 圖片來源：NASA/科學視覺化工作室/Michala Garrison；NASA 戈達德太空飛行中心Ernie Wright 的日食計算結果

全食路徑內外的無線電通訊在某些頻率（1-7 MHz）上有所改善，這表明電離層的吸收減少。 而在較高的頻率（10 MHz 及以上）上，通訊狀況則惡化。

使用另一種技術從電離層上反彈高頻無線電波（3-30 MHz）的結果表明，在日食期間電離層的高度上升，之後又下降到正常高度。

賓州斯克蘭頓大學教授、HamSCI 計畫負責人納撒尼爾-弗里塞爾（Nathaniel Frissell）說：「該計畫將Ham無線電操作員帶入了科學界。他們對自己手藝的奉獻使這項研究成為可能。

同樣是研究大氣層，”全國日食氣球計畫”（Nationalwide Eclipse Ballooning Project）組織了全美各地的學生團體，在2024 年4 月月球穿越美國時以及2023 年10 月日食期間，向月球陰影發射氣球。 研究團隊駕駛氣象感測器和其他儀器，研究大氣對寒冷黑影的反應。

這項由800 多名學生進行的研究證實，日食會在地球大氣層中產生被稱為大氣重力波的漣漪。 就像湖水受到擾動時會形成波浪一樣，空氣受到擾動時也會在大氣中形成這種波浪。 該計畫由位於波茲曼的蒙大拿州立大學的Angela Des Jardins 領導，也證實了這些波在以前的日食中出現過。 科學家認為，這些波的觸發因素是地球大氣層對流層頂的”打嗝”，類似於日落時觀察到的大氣效應。

團隊科學專家、位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國太空總署戈達德太空飛行中心大氣科學家龔傑說：”半數團隊在計畫開始前幾乎沒有熱氣球飛行經驗。但他們的辛勤工作和研究對這一發現至關重要”。

編譯自/ ScitechDaily