本文是一份特别报告的一部分，该报告关于2024年4月8日在美国、墨西哥和加拿大部分地区可见的日全食。
人类很幸运地居住在一个行星上，从我们在地面的角度来看，太阳和月亮在天空中看起来大小相同。平均每一年半，我们灰色的卫星都会滑到我们友好的邻居恒星前面，完全阻挡它在地球上某些地方的光线：瞧，日全食。
其中一次天文事件将于 2024 年 4 月 8 日发生。这次日全食将横跨北美，从墨西哥到加拿大，途经德克萨斯州、俄克拉荷马州、阿肯色州、密苏里州、伊利诺伊州、肯塔基州、印第安纳州、俄亥俄州、宾夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、新罕布什尔州和缅因州的部分地区。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
美国数百万人将看到日食。但他们可以做的不仅仅是观看：他们可以参与其中。由于日食将使如此多的人变暗，因此这是一个绝佳的机会，可以进行一种包容性的、任何人都可以参与的研究形式，有时称为“公民科学”。以下是四个 NASA 资助的项目，追逐日食的人们可以报名参加，以便为地球人了解最近的恒星和我们的家园星球做出贡献。
太阳素描器
太阳素描器应用程序让日食观看者可以自动进行科学研究——这将帮助研究人员确定太阳的精确形状——并在过程中获得一些艺术成果。
太阳的形状可能看起来很简单——一个球体！——但这个答案遗漏了一些细微之处。“它几乎是圆形的，但又不完全是，”太阳素描器项目负责人、西肯塔基大学教授戈登·埃姆斯利说。实际上，我们的恒星有点扁平，或者说是扁球形的。科学家目前可以在 50 公里的范围内绘制出这种扁率的细节，但太阳素描器的目标是将测量精度提高到几公里左右。
来源：凯蒂·皮克；来源：NASA（日食轨迹数据）
为了实现该目标，在将太阳素描器应用程序下载到智能手机后，它会在日食的两个部分自动拍摄照片，届时会出现称为贝利珠的特征。这些现象发生在全食之前和之后。在这两个时刻，阳光在月球的山脉和山谷之间照射，产生一种效果，有些人也称之为“钻石环”。每个用户的手机都将捕捉到该环或那些珠子（选择你的隐喻），并且由于 GPS，还将记录下拍摄照片的地球上的精确位置。“然后，当建立某种互联网连接时，它会将所有照片上传给我们或用于分析，”埃姆斯利说。
该应用程序主要由西肯塔基大学的学生开发，包括科学、艺术、设计、心理学和英语专业的学生。“我们付出了很多努力来使其用户友好，”埃姆斯利说。确实如此。“你只需要有一部手机，并且愿意让它静置两三分钟，”他说。
如果您这样做，您将贡献来自地球上特定地点和时间的完全独特的数据。从许多日食爱好者的图像中，太阳素描器团队可以创建一个太阳图像的混合体，这些图像是由德克萨斯州到缅因州地区的参与者在略有不同的时间从不同角度拍摄的。这种混合将使团队能够比以往任何时候都更详细地测量太阳的形状。但科学研究并没有止步于此：形状揭示了更多关于太阳内部结构的信息，因为恒星内部流动的物质会使其变形。反过来，这些信息将让科学家们弄清楚太阳如何牵引附近的行星——一项引力研究。
该团队计划在 2 月下旬发布该应用程序，并希望尽可能多的人下载它。“您的数据很有价值，”埃姆斯利说。“就这么简单。”
日食声景
相比之下，日食声景项目更侧重于与地球相关的数据，而不是太阳。它关注的不是典型的视觉数据，而是其他感官，特别是（顾名思义）声音。“如果你在谷歌图片上搜索‘科学家’，几乎总是会出现一个正在看东西的人，”高级包容性和 STEAM 可访问性研究 (ARISA) 实验室的 MaryKay Severino 说，该实验室正在领导该项目。当构思日食声景时，该团队希望使科学更具多感官性，并更具包容性，将经常被排除在天文学之外的人们包括进来。
有多种参与该项目的方式。业余科学家可以加入的一种方式是申请成为“观察员”。在日食当天，即使他们不在日食路径上，他们也会记录周围世界的观察结果——使用他们的所有感官，并将他们的看法提交给团队。他们可以在网上注册，直到日食前几天。
同时，注册成为“数据收集员”的参与者将使用称为 AudioMoth 的录音设备来捕获声音，这些设备配备了为盲人和低视力用户提供的寻路“凸点”。数据收集员必须在日食路径上或附近。免费套件的申请已于 1 月 31 日结束，但参与者可以使用网站上链接的耗材构建自己的套件，只需及时订购并在 4 月 8 日之前将它们像乐高积木一样组装起来即可。
日食声景背后的想法具有悠久的传统：它正在跟进一项近 100 年前的研究，该研究也招募了社区参与者，并研究了动物和昆虫对日食的反应。Trae Winter 与 Severino 共同领导该项目并共同创立了该实验室，他在一位盲人朋友要求他描述日食后首次接触到这项研究——他记得另一个人回忆说，当之前的日食到来时，就像有人打开了一个“蟋蟀开关”，一旦白天变黑。
今天，研究人员希望重新创建 1930 年代研究的更现代版本，他们需要美国各地许多人的帮助。“你不能只在一个栖息地测量某些东西就说它是普遍适用的，”Winter 说。
科学爱好者还可以在日食结束后分析来自声景的信息，前提是他们参加在线培训课程。如果有人只想了解日食，他们可以担任声景“学徒”的角色，并在线完成一些异步模块。对于所有角色，团队都会提供包含太空机构徽标的 NASA 官方结业证书。
HamSCI
另一个项目也涉及听觉，而不是视觉日食——尽管这种听觉需要使用业余无线电来收集更专业的数据。它是由一个名为业余无线电科学公民调查 (HamSCI) 的平台组织的，非常合适。该社区由斯克兰顿大学物理与工程系领导，并与其他大学和机构合作。
斯克兰顿教授纳撒尼尔·弗里塞尔最初创立 HamSCI 是为了试图了解高层大气层及其受太阳活动影响的方式。尽管日食可能是其最广泛的努力，但该小组承担了许多研究项目。“我们使其涵盖了所有涉及业余无线电的科学调查，”他说。
在日食期间，参与者将深入研究电离层，电离层是地球高层大气的一部分，充满了带电粒子并反射无线电波。它始终处于变化之中，当来自太阳的带电粒子和辐射撞击它时，它们会促成这些变化。
HamSCI 的日食数据将帮助科学家了解和更好地预测电离层的短期变化。其波动当然会更广泛地影响大气层，也会影响地球上的通信，因为无线电信号通常依赖于这个动荡的区域。日食——当太阳行为非常为人所知时——是研究电离层太阳驱动动力学的好时机。“这是一个真正的好机会来测试我们的模型和测试我们的理解。如果我们感知到的与我们的模型所说的不符，那么它给了我们一个机会回到过去说，‘好吧，好吧，为什么不呢？’”弗里塞尔说。
有抱负的社区参与者可以从几个轨道中选择收集数据以实现该目标。弗里塞尔说，如果他们以前从未接触过业余无线电，“参与其中的最佳方式可能是加入当地俱乐部”，当地俱乐部可以提供可用于参与几个 HamSCI 项目的设备。
另一个轨道涉及在家中构建无线电接收器，并在日食当天将其调谐到来自科罗拉多州柯林斯堡的短波电台 WWV。“你可以在美国各地——整个大陆——听到该信号，”弗里塞尔说。它以非常精确的频率发送出去，但高层大气层的活动会改变该频率。“因此，您从该无线电台的频率测量中看到的任何变化都可以归因于电离层的变化，”他说。这些调谐变化会立即显示出来，弗里塞尔将这种效果描述为“即时满足感”。而这不正是日食的全部意义所在吗？
日食巨型电影
太阳不是一个空白、平静的圆盘——任何在日食期间看到日冕的人都会亲身体验到这一点。它有风暴、黑子和爆发，以及其他东西。一个名为日食巨型电影的众包科学项目旨在更详细地描述，正如其描述所说，“太阳射流和羽流的秘密生活”。这些火热的特征首先从太阳喷射出来，然后被太阳风带入太空，就像所有旅程一样，这个旅程会导致它们沿途发生变化。
日食巨型电影项目招募业余科学家来找出这些特征及其反复无常的行为，因为这些参与者的相机有助于查明从给定恒星射出的射流和特性发生变化的羽流。
参与其中只需要一台带变焦镜头和三脚架的数码单反 (DSLR) 相机，以及愿意在正确的时间将其指向正确的方向。在参与者发送照片后，科学家将使用人工智能来帮助分析图像并识别他们正在寻找的目标特征。与此相关的是，编码人员可以帮助开发将进行筛选的算法。
这些照片还将对齐在一起制作成一部巨型电影，正如其名称所示。在日食之后，致力于将所有照片拼接在一起的软件是人们可以加入这项工作的另一种方式。要参与其中，日食追逐者可以申请并为团队上传一张练习照片。
另一个名为公民大陆-美国望远镜日食 (CATE) 2024 实验的项目正在选择约 35 个团队来合作制作另一部电影。这部电影将使用太阳望远镜对太阳日冕进行偏振观测，因为它在日食经过北美的 60 分钟内不断演变。这些团队的数据将有助于揭示磁场和等离子体如何发挥作用，从而阐明日冕的相互联系和加热机制。