Forskere bruger NASA-data til at forudsige udseendet af den 14. 2020 formørkelse

Den 14. december 2020, Månens skygge løb henover Chile og Argentina, støbte et tyndt bånd af jord til kort, midt på dagen mørke.

Dem på vejen til denne totale solformørkelse skimte solsystemet i bevægelse. Under en solformørkelse, månen krydser mellem solen og jorden, dækker Solens lyse ansigt. Hvis vejret tillader det, en total formørkelse afslører Solens ellers skjulte, perlehvid glorie af en atmosfære, kaldet corona.

En uge før, en gruppe videnskabsmænd forudsagde, hvordan koronaen ville se ud under netop denne formørkelse. Koronaen skifter som reaktion på Solens udviklende magnetfelt. Supervarme gasser - kendt som solvinden - støder fra koronaen og blæser gennem solsystemet. Denne strømning former forholdene i rummet kendt som rumvejr. Modellering af corona er en vigtig del af forståelsen og i sidste ende forudsigelse af rumvejr, som påvirker astronauter, satellitter, og dagligdags teknologi, som radio og GPS.

Det er nemt at forudsige, hvornår og hvor en total solformørkelse vil ske. Men at forudsige koronaens udseende er meget sværere, da Solens magnetfelt er så stort og kompliceret. Ved at sammenligne corona-forudsigelser med formørkelsesfotografier fra jorden, forskerne kan teste deres modeller og identificere, hvor de kan forbedres.

Predictive Science Inc. - et privat forskningsfirma 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. NASA Advanced Supercomputing (NAS) Division ved agenturets Ames Research Center i Silicon Valley, Californien, understøttede beregningerne, ud over National Science Foundation.

Solen koger konstant. Energi og magnetiske felter strømmer gennem stjernen. At vide, hvor de går, er nøglen til at forudsige solens adfærd, men det er et svært spørgsmål - som at spørge, hvor et riskorn vil stige og falde i en boblende gryde. For nu, forskernes model er afhængig af SDO's magnetiske kort over Solens overflade for at fange, hvordan magnetfeltet former koronaen over tid.

I øjeblikket, Solen bliver mere aktiv, hvilket gør opgaven sværere. Når solen er aktiv, coronaens udseende kan ændre sig på få dage. Solens aktivitet stiger og falder i løbet af dens naturlige omkring 11-årige cyklus. Solen passerede solminimum i december 2019, markerer overgangen til en ny solcyklus.

Da formørkelsen den 14. december kom, Coronaen var mere diset og roligere end forudsagt. Forudsigelsen viste definerede strukturer, hvilken, mens den er nogenlunde placeret på det rigtige sted, var mere definerede end hvad der så ud i virkeligheden.

"Når solens aktivitet tager til, det var interessant at se, hvor meget der ændrede sig med formørkelsesdagen, "Forsker i Predictive Science Cooper Downs sagde.

Datasampling kunne til dels forklare forskellene. Holdets data inkluderede et stærkt hotspot af magnetisk aktivitet. To uger før formørkelsen, et soludbrud og et anemone-lignende udbrud eksploderede fra dette sted. Senere, regionen svækket, nok til, at den del af koronaen bliver slækket på dagen for formørkelsen. Men holdets data inkluderede ikke det forfald, der fulgte, så den resulterende forudsigelse havde et stærkere magnetfelt og en mere defineret korona på den side.

En boble fra et soludbrud, kaldet en koronal masseudstødning, er også synligt nederst til venstre i koronaen - endnu et tegn på solens stigende aktivitet. Udbruddet ser ud til at være bristet fra Solen et par timer før formørkelsen.

Observationer fra Solar Orbiter kan hjælpe med at forbedre disse modeller. I øjeblikket, forskere er begrænset til målinger fra Jordens perspektiv i det ekliptiske plan - rummets bælte, nogenlunde på linje med Solens ækvator, som alle planeterne kredser igennem. Når Solar Orbiter, som blev lanceret i februar 2020, opnår målinger af magnetfeltet andre steder, og til sidst, ved Solens nord- og sydpol, forskere vil have et mere omfattende billede af vores stjerne.

Forskergruppen har lavet en forudsigelse for hver formørkelse i de seneste år, foretage tweaks og forbedringer hver gang. I 2017 de brugte også NASA-data og Pleiades-supercomputeren i Ames til at forudsige koronaens udseende i løbet af den 21. august. 2017 formørkelse over hele USA. SDO-observationer af filamenter - slangelignende strukturer på Solens overflade - hjalp med at forfine modellen. For en 2019 formørkelse, forskerne forbedrede deres modellering af Solens magnetfelt ved polerne, hvilket i høj grad påvirker koronaens form under solminimum.

En ændring, de lavede i år, er en mere præcis model af temperaturerne i coronaen. I stedet for at gøre det elektrisk ladede solmateriale i deres simulering til en enkelt ensartet temperatur, de giver mulighed for separate temperaturer for forskellige slags partikler. Efter formørkelsen, gruppen vil sammenligne deres model med virkeligheden og fortsætte med at justere simuleringen.

"Vi sætter os selv derude for at flytte modellen fremad, " sagde Downs. Uoverensstemmelser mellem forudsigelsen og den ægte vare viser, hvor vigtige formørkelser er for modelbyggere, han sagde. "Hvis det ikke stemmer godt, det fortæller dig bare, hvor meget længere vi skal gå."