Et nyt teleskop udvider Big Bear Solar Observatorys syn på Solen

Et solteleskop, der tager billeder af hele Solens skive, overvågning af udbrud, der finder sted samtidigt i forskellige magnetiske felter i både fotosfæren og kromosfæren, er nu ved at blive installeret ved siden af ​​Goode Solar Telescope (GST) ved NJITs Californien-baserede Big Bear Solar Observatory (BBSO).

Teleskopet, SOLIS (Synoptiske optiske langtidsundersøgelser af solen), samler billeder fra tre separate instrumenter over år og endda årtier, i stedet for minutter eller timer, at give forskerne et samlet overblik over solaktivitet som blusser og koronale masseinjektioner på lang sigt. Det vil supplere GST, som samler billeder i høj opløsning af individuelle eksplosioner med så detaljerede detaljer, at forskere begynder at afsløre de mekaniske operationer, der udløser dem.

"Med denne vigtige tilføjelse, BBSO bliver et omfattende observationssted, der ikke kun tilbyder solobservationer i høj opløsning, men også globale data om vores stjerne, " bemærker Wenda Cao, en NJIT-professor i fysik og BBSO's direktør. "Ved at overvåge variationer i Solen på en vedvarende basis i flere årtier, vi vil bedre forstå solaktivitetscyklussen, pludselig frigives energi i solens atmosfære, fluxer i solindstråling, eller lysstyrke, og deres forhold til globale forandringer på Jorden."

Tidligere på måneden BBSO modtog et tilskud på $2,3 millioner fra National Science Foundation (NSF), der vil finansiere fortsat videnskabelig undersøgelse af solen ved hjælp af 1,6 meter GST på Big Bear, som i øjeblikket er det højeste opløsning solteleskop i verden.

"GST vil fortsætte med at spille en afgørende, førende rolle i at fremme solstudier indtil slutningen af ​​dette årti og derefter. Vi vil få, analysere og fortolke soldata med den højeste opløsning nogensinde, samtidig med at man udvikler og anvender analytiske værktøjer til at angribe en række kritiske, førende problemer inden for solforskning, " siger Cao, bevillingens hovedefterforsker. "Dette NSF-tilskud er ekstremt vigtigt; det giver os mulighed for at opretholde teleskopoperationer, det nuværende talentfulde ingeniørteam og avanceret forskning på BBSO og på NJIT campus. Sammen med andre tilskud, det vil give den vitale rygradsfinansiering til at muliggøre al videnskab, instrumentering og uddannelse i forbindelse med anlægget."

"Tilføjelsen af ​​SOLIS ved Big Bear Solar Observatory gavner i høj grad det bredere rumvejrsamfund, " tilføjer Andrew Gerrard, direktøren for NJIT's Center for Solar-Terrestrial Research, som driver BBSO, Owens Valley Solar Array nær Big Pine, Californien, NASA Van Allen Probes RBSPICE-instrumentet, og geospace-instrumenter rundt om i verden. "Dataene fra denne klynge af instrumenter vil understøtte både rumvejrsudsigter og grundlæggende solfysik, som udgør vigtige komponenter i 2015 National Space Weather Action Plan."

SOLIS, som blev udviklet af National Solar Observatory (NSO), et akademisk forskningskonsortium med opbakning fra NSF, flytter til Big Bear fra sit nuværende sted i Tucson, Ariz., fordi organisationen flytter fra sine faciliteter i New Mexico og Arizona til nye lokationer i Hawaii og Colorado. Big Bear blev anset for at være et ideelt sted for SOLIS, fordi søen undertrykker jordnær atmosfærisk turbulens forårsaget af opvarmning af termik, tilbyder enestående "se" i lange perioder om dagen på sine mere end 286 solskinsdage om året.

SOLIS er en suite af tre innovative instrumenter, der i høj grad forbedrer jordbaserede synoptiske solobservationer. 50 cm vektorspektromagnetografen er en kompakt, high-throughput vektor-polarimeter med et aktivt sekundært spejl, en aktivt styret gitterspektrograf og to højhastighedskameraer med silicium-på-CMOS-multiplekser hybrid focal plane arrays. Den vil måle magnetfeltets styrke og retning over hele solskiven inden for 15 minutter. Den 14 cm fuld-disk patrulje tager fuld-disk billeder af Solen i forskellige farver i en høj kadence gennem flydende krystal tunede dobbeltbrydende filtre. Det 8 mm integrerede sollysspektrometer bruger en fiber-fodret spektrograf til at måle små ændringer af Solens spektrum, som om det var en fjern stjerne. En høj grad af automatisering og fjernstyring giver hurtig brugeradgang til data og fleksibel interaktion med dataindsamlingsprocessen.

"SOLIS fortsætter en 45-årig registrering af data om adfærden af ​​Solens magnetfelt, der oprindeligt begyndte ved Kitt Peak, Arizona. Det er også den længste konsekvente leverandør af data om retningen af ​​magnetfeltet i fotosfæren, strækker sig tilbage til 2003. SOLIS giver nu enestående observationer af styrken og retningen af ​​magnetfeltet i kromosfæren, et vigtigt lag af solatmosfæren, hvor magnetfeltet brat ændrer retning fra primært lodret til overvejende vandret, " siger Frank Hill, assisterende direktør for NSO.

Han tilføjede, "Disse data forbedrer vores modeller af solkoronaens opførsel, især når der opstår udbrud. Dataene er også et vigtigt input til modeller af magnetfeltretningen inde i en koronal masseudstødning (CME), når den rammer Jordens magnetosfære; dette er en kritisk indikator for styrken af ​​den efterfølgende geomagnetiske storm, der kan påvirke vores teknologi negativt."

Solens variation, især dens aktivitetscyklus, er stadig vigtigere for livet på Jorden, efterhånden som samfundet bliver stadig mere afhængigt af teknologi i dagligdagen.

Telekommunikation, GPS navigation, satellitter, rumflyvninger med astronauter ombord, flypassagerer og elnettet er alle sårbare over for skader og forstyrrelser forårsaget af solaktivitet. Solen er også en drivkraft for Jordens klima, så dets variabilitet skal observeres. Nogle aspekter af Solens ændringer er forudsigelige, såsom den 11-årige solpletcyklus, men detaljerne er ikke godt modelleret.

Sidste år, Haimin Wang, anerkendt professor i fysik ved NJIT, og hans kolleger udgav nogle af de første detaljerede visninger fra GST af de mekanismer, der kan udløse soludbrud, kolossale frigivelser af magnetisk energi i Solens korona, der sender strømførende partikler, der er i stand til at trænge ind i Jordens atmosfære inden for en time og forstyrre kredsende satellitter og elektronisk kommunikation på jorden.

Tidligere i år, et hold fysikere ledet af NJIT's Gregory Fleishman opdagede et fænomen, der kan begynde at løse det, de kalder "en af ​​de største udfordringer for solmodellering" - ved at bestemme de fysiske mekanismer, der opvarmer koronaen, eller øvre atmosfære, til 1 million grader Fahrenheit og højere.

Usynlig for det menneskelige øje, undtagen når det kortvarigt vises som en brændende glorie af plasma under en solformørkelse, coronaen forbliver et puslespil selv for videnskabsmænd, der studerer den nøje. Begyndende 1, 300 miles fra stjernens overflade og strækker sig millioner mere i alle retninger, det er mere end hundrede gange varmere end lavere lag meget tættere på fusionsreaktoren i Solens kerne.

Wang sagde, at de seneste tekniske fremskridt hos Big Bear vil tillade banebrydende nye målinger af Solens magnetisme.

"Vi har udviklet en måde at behandle GST-målinger af Solens magnetiske felter ved hjælp af sofistikeret software, der giver os spektrumprofiler af det lys, der udsendes af atomer, der skifter fra en energitilstand til en anden. Når den er inverteret, disse profiler giver os mulighed for at opnå styrken og retningen af ​​magnetiske felter, " bemærker Wang, tilføjer, "Både BBSO og SOLIS observerer solkromosfæren gennem spektrumlinjerne dannet af exciterede brintatomer, som giver os mulighed for at overvåge solaktiviteter såsom filamenter, solpletter, lyse områder af Solen og udbrud. Men de to instrumenter fanger billeder af solstrukturer i forskellige bølgelængder."

Big Bear er åben for forskere over hele verden, mens en tredjedel af dens observationstid er reserveret til NJIT-forskere og studerende. Data fra SOLIS vil blive lagt på internettet, så alle kan se dem. Cao sagde, at han forventer, at teleskopet får det første lys til sommer.