Пълно слънчево затъмнение се случва някъде на Земята около веднъж на 18 месеца. Но тъй като повърхността на Земята е предимно океанска, повечето затъмнения се виждат над сушата само за кратко, ако изобщо са. Пълното слънчево затъмнение на 21 август 2017 г. е различно - пътят му се простира над сушата за почти 90 минути, като дава на учените безпрецедентна възможност да правят научни измервания от земята.

пълното

Когато Луната се движи пред Слънцето на 21 август, тя напълно ще закрие яркото лице на Слънцето. Това се случва поради небесно съвпадение - въпреки че Слънцето е около 400 пъти по-широко от Луната, Луната на 21 август ще бъде около 400 пъти по-близо до нас, което прави видимия им размер в небето почти равен. Всъщност Луната ще ни изглежда малко по-голяма от Слънцето, което й позволява да закрива напълно Слънцето за повече от две минути и половина на някои места. Ако те имаха абсолютно същия видим размер, пълното затъмнение ще продължи само за миг.

Затъмнението ще разкрие външната атмосфера на Слънцето, наречена корона, която иначе е твърде слаба, за да се види до яркото Слънце. Въпреки че изучаваме короната от космоса с инструменти, наречени коронаграфи - които създават изкуствени затъмнения, като използват метален диск, за да блокират лицето на Слънцето - все още има някои по-ниски области на атмосферата на Слънцето, които са видими само по време на пълни слънчеви затъмнения. Поради свойството на светлината, наречено дифракция, дискът на коронаграфа трябва да блокира както повърхността на Слънцето, така и голяма част от короната, за да се получат отчетливи снимки. Но тъй като Луната е толкова далеч от Земята - на около 230 000 мили по време на затъмнението - дифракцията не е проблем и учените са в състояние да измерват долната корона в детайли.

НАСА се възползва от затъмнението на 21 август 2017 г., като финансира 11 наземни научни разследвания в САЩ. Шест от тях се фокусират върху короната на Слънцето.

Източникът на космическото време

Нашето Слънце е активна звезда, която постоянно освобождава поток от заредени частици и магнитни полета, известни като слънчев вятър. Този слънчев вятър, заедно с дискретни изригвания на слънчев материал, известни като изхвърляния на коронална маса, могат да повлияят на магнитното поле на Земята, да изпращат частици, валящи дъжд в нашата атмосфера и - когато е интензивен - да въздействат на спътници. Въпреки че можем да проследим тези слънчеви изригвания, когато те напуснат Слънцето, ключът към прогнозирането кога ще се случи може да се крие в изучаването на техния произход в магнитната енергия, съхранявана в долната корона.

Екип, ръководен от Филип Джадж от Обсерваторията за височини в Боулдър, Колорадо, ще използва нови инструменти за изследване на структурата на магнитното поле на короната чрез изобразяване на този атмосферен слой по време на затъмнението. Инструментите ще изобразяват короната, за да видят отпечатъци, оставени от магнитното поле във видими и близки инфрачервени дължини на вълната от планински връх близо до Каспър, Уайоминг. Един инструмент, POLARCAM, използва нова технология, базирана на очите на скаридите на богомолка, за да получи нови измервания на поляризацията и ще служи като доказателство за концепция за използване в бъдещи космически мисии. Изследването ще подобри нашето разбиране за това как Слънцето генерира космическо време.

„Искаме да сравним между инфрачервените данни, които улавяме, и ултравиолетовите данни, записани от Обсерваторията за слънчева динамика на НАСА и спътника JAXA/НАСА Hinode“, каза Съдия. "Тази работа ще потвърди или опровергае нашето разбиране за това как светлината в целия спектър се формира в короната, може би ще помогне за разрешаването на някои неприятни разногласия."

Резултатите от камерата ще допълнят данни от въздушно изследване, изобразяващо короната в инфрачервената светлина, както и друго наземно инфрачервено проучване, водено от Пол Брайънс от Обсерваторията на високите височини. Брайънс и екипът му ще седят в ремарке на върха на планината Каспър в Уайоминг и ще насочат специализиран инструмент към затъмнението. Инструментът е спектрометър, който събира светлина от Слънцето и разделя всяка дължина на вълната на светлината, измервайки тяхната интензивност. Този конкретен спектрометър, наречен въздушен интерферометър NCAR, за първи път ще изследва инфрачервената светлина, излъчвана от слънчевата корона.

"Тези изследвания се допълват. Ще имаме спектрална информация, която разкрива съставните дължини на вълните на светлината", каза Брайънс. „А екипът на Philip Judge ще има пространствената резолюция, за да каже откъде идват определени функции.“

Тези нови данни ще помогнат на учените да характеризират сложното магнитно поле на короната - ключова информация за разбиране и в крайна сметка ще помогне за прогнозиране на космическите метеорологични събития. Учените ще допълнят своето проучване, като анализират резултатите си заедно със съответните космически наблюдения от други инструменти на борда на обсерваторията на NASA за слънчева динамика и съвместния NASA/JAXA Hinode.

В Мадрас, Орегон, екип от учени от НАСА, водени от Нат Гопалсвами от Центъра за космически полети на Госард на НАСА в Грийнбелт, Мериленд, ще насочи нова, специализирана поляризационна камера към слабата външна атмосфера на Слънцето, короната, снимайки няколко секунди експозиции при четири избрани дължини на вълните за малко повече от две минути. Техните изображения ще събират данни за температурата и скоростта на слънчевия материал в короната. В момента тези измервания могат да бъдат получени само от земни наблюдения по време на пълно слънчево затъмнение.

За да изследват короната на моменти и места извън пълното затъмнение, учените използват коронаграфи, които имитират затъмнения, като използват твърди дискове, за да блокират лицето на Слънцето по начина, по който прави сянката на Луната. Типичните коронаграфи използват поляризационен филтър в механизъм, който се завърта през три ъгъла, един след друг, за всеки филтър с дължина на вълната. Новата камера е проектирана да премахне този тромав, отнемащ време процес, като включва хиляди малки поляризационни филтри за четене на светлина, поляризирана в различни посоки едновременно. Тестването на този инструмент е решаваща стъпка към подобряване на коронаграфите и в крайна сметка, нашето разбиране за короната - самия корен на слънчевата радиация, която запълва космическата среда на Земята.

Необяснимо коронално отопление

Отговорът на друга загадка също се крие в долната корона: Смята се, че крие тайните на дългогодишния въпрос за това как слънчевата атмосфера достига толкова неочаквано високи температури. Короната на Слънцето е много по-гореща от повърхността му, което е противоинтуитивно, тъй като енергията на Слънцето се генерира от ядрен синтез в неговата сърцевина. Обикновено температурите намаляват постоянно, когато се отдалечавате от този източник на топлина, по същия начин, по който той се охлажда, докато се отдалечавате от огън - но не и в случая на атмосферата на Слънцето. Учените подозират, че подробните измервания на начина, по който частиците се движат в долната корона, могат да им помогнат да разкрият механизма, който произвежда това огромно нагряване.

Падма Янамандра-Фишър от Института за космически науки ще проведе експеримент за заснемане на изображения на долната корона в поляризирана светлина. Поляризирана светлина е, когато всички светлинни вълни са ориентирани по един и същ начин и тя се получава, когато обикновена, неполяризирана светлина преминава през среда - в този случай електроните на вътрешната слънчева корона.

"Чрез измерване на поляризираната яркост на вътрешната слънчева корона и с помощта на цифрово моделиране можем да извлечем броя на електроните по зрителната линия", каза Янамандра-Фишър. "По същество ние картографираме разпределението на свободните електрони във вътрешната слънчева корона."

Картирането на вътрешната корона в поляризирана светлина, за да се разкрие плътността на изборите, е критичен фактор при моделирането на коронални вълни, един от възможните източници на коронално нагряване. Заедно с неполяризираните светлинни изображения, събрани от финансирания от НАСА научен проект за граждани, наречен Citizen CATE, който ще събира изображения на затъмнение от цялата страна, тези измервания на поляризираната светлина могат да помогнат на учените да решат въпроса за необичайно високите температури на слънчевата корона.

Шадия Хабал от Института по астрономия на Хавайския университет в Хонолулу ще ръководи екип от учени, за да изобрази Слънцето по време на пълното слънчево затъмнение. Дългият път на затъмнението над сушата позволява на екипа да изобрази Слънцето от пет обекта в четири различни държави, на разстояние около 600 мили един от друг, което им позволява да проследяват краткосрочните промени в короната и да увеличават шансовете за добро време.

Те ще използват спектрометри, които анализират светлината, излъчвана от различни йонизирани елементи в короната. Учените също така ще използват уникални филтри за селективно изображение на короната в определени цветове, което им позволява директно да изследват физиката на външната атмосфера на Слънцето.

С тези данни те могат да изследват състава и температурата на короната и да измерват скоростта на частиците, изтичащи от Слънцето. Различните цветове съответстват на различни елементи - никел, желязо и аргон - които са загубили електрони или са били йонизирани в екстремната топлина на короната и всеки елемент се йонизира при определена температура. Като анализират заедно тази информация, учените се надяват да разберат по-добре процесите, които загряват короната.

Амир Каспи от Югозападния изследователски институт в Боулдър, Колорадо, и неговият екип ще използват две от изследователските струи WB-57F на НАСА, които правят наблюдения от двойни телескопи, монтирани на носовете на самолетите. Те ще заснемат най-ясните изображения на външната атмосфера на Слънцето - короната - до момента и първите по рода си термични изображения на Меркурий.