Studerer solens atmosfære med den totale solformørkelse i 2017

En total solformørkelse sker et sted på Jorden cirka én gang hver 18. måned. Men fordi Jordens overflade for det meste er hav, de fleste formørkelser er kun synlige over land i kort tid, hvis overhovedet. Den samlede solformørkelse 21. august kl. 2017, er anderledes - dens vej strækker sig over land i næsten 90 minutter, giver videnskabsfolk en hidtil uset mulighed for at foretage videnskabelige målinger fra jorden.

Når Månen bevæger sig foran Solen den 21. august, det vil helt skjule Solens lyse ansigt. Dette sker på grund af en himmelsk tilfældighed - selvom Solen er omkring 400 gange bredere end Månen, månen den 21. august vil være omkring 400 gange tættere på os, hvilket gør deres tilsyneladende størrelse på himlen næsten ens. Faktisk, Månen vil se lidt større ud end Solen for os, gør det muligt at skjule solen totalt i mere end to et halvt minut nogle steder. Hvis de havde nøjagtig samme tilsyneladende størrelse, den totale formørkelse ville kun vare et øjeblik.

Formørkelsen vil afsløre Solens ydre atmosfære, kaldet corona, som ellers er for svag til at se ved siden af ​​den lyse Sol. Selvom vi studerer corona fra rummet med instrumenter kaldet coronagraphs - som skaber kunstige formørkelser ved hjælp af en metalskive til at blokere for solens ansigt - er der stadig nogle lavere områder af solens atmosfære, der kun er synlige under totale solformørkelser. På grund af lysets egenskab kaldet diffraktion, skiven på en koronagraf skal blokere både Solens overflade og en stor del af koronaen for at få skarpe billeder. Men fordi Månen er så langt væk fra Jorden - omkring 230, 000 miles væk under formørkelsen - diffraktion er ikke et problem, og forskere er i stand til at måle den nederste korona i fine detaljer.

NASA udnytter den 21. august, 2017, formørkelse ved at finansiere 11 jordbaserede videnskabelige undersøgelser i hele USA. Seks af disse fokuserer på Solens korona.

Kilden til rumvejr

Vores sol er en aktiv stjerne, der konstant frigiver en strøm af ladede partikler og magnetiske felter kendt som solvinden. Denne solvind, sammen med diskrete bøvser af solmateriale kendt som koronale masseudstødninger, kan påvirke Jordens magnetfelt, sende partikler, der regner ned i vores atmosfære, og - når intense - satellitter. Selvom vi er i stand til at spore disse soludbrud, når de forlader solen, nøglen til at forudsige, hvornår de vil ske, kunne ligge i at studere deres oprindelse i den magnetiske energi, der er lagret i den nedre korona.

Et hold ledet af Philip Judge fra High Altitude Observatory i Boulder, Colorado, vil bruge nye instrumenter til at studere koronaens magnetiske feltstruktur ved at afbilde dette atmosfæriske lag under formørkelsen. Instrumenterne vil forestille koronaen for at se fingeraftryk efterladt af magnetfeltet i synlige og nær-infrarøde bølgelængder fra en bjergtop nær Casper, Wyoming. Et instrument, POLARCAM, bruger ny teknologi baseret på mantis-rejens øjne til at opnå nye polarisationsmålinger, og vil tjene som et proof-of-concept til brug i fremtidige rummissioner. Forskningen vil øge vores forståelse af, hvordan Solen genererer rumvejr.

"Vi ønsker at sammenligne mellem de infrarøde data, vi fanger og de ultraviolette data, der er optaget af NASAs Solar Dynamics Observatory og JAXA/NASAs Hinode-satellit, "sagde dommer." Dette arbejde vil bekræfte eller modbevise vores forståelse af, hvordan lys på tværs af hele spektret dannes i corona, måske hjælpe med at løse nogle nagende uenigheder. "

Resultaterne fra kameraet vil supplere data fra en luftbåren undersøgelse, der viser billedet af corona i infrarød, samt en anden jordbaseret infrarød undersøgelse ledet af Paul Bryans ved High Altitude Observatory. Bryans og hans team vil sidde inde i en trailer oven på Casper Mountain i Wyoming, og pege et specialiseret instrument mod formørkelsen. Instrumentet er et spektrometer, som samler lys fra solen og adskiller hver bølgelængde af lys, måling af deres intensitet. Dette særlige spektrometer, kaldet NCAR Airborne Interferometer, vilje, for første gang, undersøgelse af infrarødt lys udsendt af solcoronaen.

"Disse undersøgelser er komplementære. Vi vil have den spektrale information, som afslører komponentens bølgelængder af lys, " sagde Bryans. "Og Philip Judges team vil have den rumlige opløsning til at fortælle, hvor visse funktioner kommer fra."

Disse nye data vil hjælpe forskere med at karakterisere coronaens komplekse magnetfelt - afgørende information for at forstå og i sidste ende hjælpe med at forudsige rumvejrhændelser. Forskerne vil forstærke deres undersøgelse ved at analysere deres resultater sammen med tilsvarende rumbaserede observationer fra andre instrumenter ombord på NASAs Solar Dynamics Observatory og det fælles NASA/JAXA Hinode.

I Madras, Oregon, et hold af NASA-forskere ledet af Nat Gopalswamy ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, vil pege på en ny, specialiseret polarisationskamera ved Solens svage ydre atmosfære, coronaen, tage flere sekunders eksponeringer ved fire udvalgte bølgelængder på godt to minutter. Deres billeder vil fange data om temperaturen og hastigheden af ​​solmateriale i coronaen. I øjeblikket kan disse målinger kun opnås fra jordbaserede observationer under en total solformørkelse.

At studere koronaen på tidspunkter og steder uden for en total formørkelse, forskere bruger koronagrafer, som efterligner formørkelser ved at bruge solide diske til at blokere solens ansigt på samme måde som månens skygge gør. Typiske koronagrafer bruger et polariseringsfilter i en mekanisme, der drejer gennem tre vinkler, den ene efter den anden, for hvert bølgelængdefilter. Det nye kamera er designet til at eliminere denne klodsede, tidskrævende proces, ved at inkorporere tusindvis af bittesmå polarisationsfiltre til at læse lys polariseret i forskellige retninger samtidigt. Test af dette instrument er et afgørende skridt i retning af at forbedre koronagrafer og i sidste ende, vores forståelse af koronaen – selve roden til den solstråling, der fylder Jordens rummiljø.

Uforklaret koronalvarme

Svaret på et andet mysterium ligger også i den nedre korona:Det menes at rumme hemmelighederne bag et langvarigt spørgsmål om, hvordan solatmosfæren når så uventet høje temperaturer. Solens korona er meget varmere end dens overflade, hvilket er kontraintuitivt, da Solens energi genereres ved kernefusion i kernen. Normalt falder temperaturen konsekvent, når du bevæger dig væk fra den varmekilde, på samme måde, som det bliver køligere, når du bevæger dig væk fra en brand – men ikke i tilfældet med Solens atmosfære. Forskere formoder, at detaljerede målinger af den måde, partiklerne bevæger sig i den nedre korona, kan hjælpe dem med at afdække den mekanisme, der producerer denne enorme opvarmning.

Padma Yanamandra-Fisher fra Space Science Institute vil lede et eksperiment for at tage billeder af den nedre korona i polariseret lys. Polariseret lys er, når alle lysbølgerne er orienteret på samme måde, og det produceres, når det er almindeligt, upolariseret lys passerer gennem et medium - i dette tilfælde elektronerne i den indre solkorona.

"Ved at måle den polariserede lysstyrke af den indre solkorona og bruge numerisk modellering, vi kan udtrække antallet af elektroner langs sigtelinjen, " sagde Yanamandra-Fisher. "I bund og grund, vi kortlægger fordelingen af ​​frie elektroner i den indre solcorona. "

Kortlægning af den indre corona i polariseret lys for at afsløre tætheden af ​​valg er en kritisk faktor ved modellering af koronale bølger, en mulig kilde til koronal opvarmning. Sammen med upolariserede lysbilleder indsamlet af det NASA-finansierede borgervidenskabelige projekt kaldet Citizen CATE, som vil samle formørkelsesbilleder fra hele landet, disse polariserede lysmålinger kunne hjælpe videnskabsmænd med at løse spørgsmålet om solkoronaens usædvanligt høje temperaturer.

Shadia Habbal fra University of Hawaii's Institute for Astronomy i Honolulu vil lede et team af forskere til at afbilde Solen under den totale solformørkelse. Formørkelsens lange vej over land giver holdet mulighed for at afbilde Solen fra fem steder på tværs af fire forskellige stater, omkring 600 miles fra hinanden, giver dem mulighed for at spore kortsigtede ændringer i corona og øge oddsene for godt vejr.

De vil bruge spektrometre, som analyserer det lys, der udsendes fra forskellige ioniserede grundstoffer i koronaen. Forskerne vil også bruge unikke filtre til selektivt at forestille koronaen i visse farver, som giver dem mulighed for direkte at sondere ind i fysikken i Solens ydre atmosfære.

Med disse data, de kan udforske koronaens sammensætning og temperatur, og måle partikelhastigheden, der strømmer ud fra solen. Forskellige farver svarer til forskellige elementer - nikkel, jern og argon - der har mistet elektroner, eller blevet ioniseret, i coronaens ekstreme varme, og hvert element ioniserer ved en bestemt temperatur. Ved at analysere sådanne oplysninger sammen, forskerne håber på bedre at kunne forstå de processer, der opvarmer koronaen.

Amir Caspi fra Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, og hans team vil bruge to af NASA's WB-57F forskningsjetfly til at tage observationer fra tvillingeteleskoper monteret på næsen af ​​flyene. De vil fange de klareste billeder af Solens ydre atmosfære-corona-til dato og de første termiske billeder af Merkur, afslører, hvordan temperaturen varierer på tværs af