Hvordan videnskabsmænd brugte NASA-data til at forudsige udseendet af den 2. juli-formørkelse

Da solnedgangen nærmede sig den 2. juli, 2019, tusinder langs et bånd af land, der strækker sig over Chile og Argentina, kiggede mod himlen, venter på, at Månens skygge kaster dem ind i et øjebliks mørke. De vidste, at en total solformørkelse var på vej, og talte sekunderne ned.

Men en lille gruppe videnskabsmænd så ivrigt til af en anden grund. De havde allerede en idé om, hvordan selve formørkelsen ville se ud:Dage før, ved hjælp af NASA-data, de forudsagde, hvordan koronaen – Solens perleagtige ydre atmosfære – faktisk ville dukke op fra jorden. De var utålmodige efter at se, hvordan deres forudsigelse holdt stand.

Det er ligetil at forudsige, hvornår og hvor en total formørkelse vil ske. Men formørkelser er også en mulighed for at teste evnen til at lave meget mere komplekse forudsigelser af koronaens evigt skiftende struktur, som sender supervarme gasser - kaldet solvinden - i vindstød gennem hele solsystemet. Denne konstante udstrømning former de dynamiske rumforhold, vi kalder rumvejr. Modellering af koronaen er en afgørende del af bedre forståelse og til sidst forudsige rumvejr, som påvirker satellitter, astronauter, og dagligdags teknologi, som radio og GPS.

Ved at sammenligne deres forudsigelse med formørkelsesfotografier fra jorden, forskerne kunne vurdere og forbedre ydeevnen af ​​deres modeller. Deres forudsigelser gjorde det også muligt for nogle formørkelsesforskere at fokusere målene for deres eksperimenter på forhånd.

Predictive Science Inc. – et privat firma inden for beregningsfysik baseret i San Diego, Californien, og støttet af NASA, National Science Foundation og Air Force Office of Scientific Research - brugte data fra NASAs Solar Dynamics Observatory, eller SDO, at udvikle deres forudsigelse. I løbet af cirka to dage, gruppen kørte primært modellen på Pleiades-supercomputeren ved NASAs Advanced Supercomputing-afdeling ved agenturets Ames Research Center i Silicon Valley, Californien.

Deres model bruger SDOs målinger af magnetiske felter på Solens overflade til at forudsige, hvordan magnetfeltet former koronaen over tid. Dette års version var en forfining af den komplekse numeriske model, som gruppen brugte til at forudsige formørkelsen i august 2017.

Forskernes 2019 forudsigelse viser en tåget corona, med to brede, diset streamers overfor hinanden, og mindre faner spirer ud af den nordlige og sydlige magnetiske pol. Den simulerede koronas manglende definition er sandsynligvis et resultat af den aktuelle tilstand af Solens magnetfelt, som er karakteristisk svagere under sin nuværende march mod solminimum, den relative pause i sin naturlige 11-årige cyklus, sagde Predictive Science-forsker Cooper Downs.

"Jeg er begejstret, " sagde Downs efter formørkelsen. "Solen samarbejdede, og streamerne var på det rigtige sted. Selvfølgelig, som videnskabsmand, Jeg kigger allerede på de detaljer, vi har fejlet, og hvor vi kan forbedre os. Men det er fantastisk at se, at der vil være videnskabelige kvalitetsmålinger, som vi kan sammenligne i detaljer med, og meget at lære af den sammenligning."

Downs følte sig selvsikker, efter at hans hold offentliggjorde deres endelige formørkelsesudsigelse den 25. juni, en uge før formørkelsen:Under solminimum, Solen udvikler sig langsomt, og holdet havde fordelen af ​​solide realtidsobservationer, som de kunne basere deres modeller på.

Dette år, holdet fokuserede delvist på at forbedre deres modellering af Solens polære magnetfelt, hvilket i høj grad påvirker koronaens form under solminimum. Forskere bruger modeller til at estimere magnetfeltet ved Solens poler, da de i øjeblikket ikke har mål der.

Den resulterende forudsigelse havde fine jet-lignende funktioner, skyder ud fra Solens nord- og sydpoler som pjuskede hår. Den Europæiske Rumorganisations Solar Orbiter, planlagt til lancering i 2020, vil have en unik udsigt over pælene, udfylder et vigtigt hul i vores forståelse af Solen.

Et andet rumfartøj flyver allerede gennem koronaen, søger at besvare grundlæggende spørgsmål om Solen, som hvorfor koronaen brænder meget, meget varmere end soloverfladen nedenfor, eller hvad der driver solvinden til supersoniske hastigheder.

NASAs Parker Solar Probe afsluttede sin anden tætte tilgang til Solen i april, og forbereder endnu en i september. Over tid, Parker Solar Probe tommer tættere på vores stjerne, indsamler værdifulde data, der fungerer hånd i hånd med solceller. Predictive Science laver også forudsigelser af, hvad rumfartøjet ser under forbiflyvninger af solen.

"Hver gang Parker laver et perihelion, vi får målinger af magnetfeltet, plasma og solvindhastighed, " sagde Downs. Gode observationer forbedrer modeller og omvendt. "Modeller vil være en væsentlig måde at fortolke disse data på, og disse data vil være afgørende for at begrænse og forfine modellerne."