Op 11 december 2017, zes onderzoekers bespraken de eerste bevindingen op basis van observaties van de zon en op aarde verzameld tijdens de zonsverduistering die zich op 21 augustus over Noord-Amerika uitstrekte, 2017. Variërend van nieuwe informatie over de manier waarop de atmosfeer van de zon warmte genereert, hoe de dip in zonne-energie de atmosfeer van de aarde beïnvloedde, en zelfs hoe te beschermen tegen besmetting van andere planeten met bacteriën, de onderzoekers deelden hun resultaten tijdens de najaarsbijeenkomst van de American Geophysical Union, in New Orleans.

"Deze zonsverduistering gaf ons de kans om het idee van de zon-aarde-verbinding te versterken, " zei Lika Guhathakurta, die aan het hoofd stond van NASA's wetenschappelijke inspanningen voor de zonsverduistering van 21 augustus. "Een verscheidenheid aan nieuwe waarnemingen, instrumenten en observatieplatforms werden mogelijk gemaakt door deze zonsverduistering. Het zal fascinerend zijn om te zien hoe deze zich ontwikkelen tot nieuwe onderzoeksplannen en nieuwe technologie voor toekomstig gebruik."

Een moment in de atmosfeer van de zon

Terwijl totale zonsverduisteringen ongeveer eens in de 18 maanden ergens op aarde plaatsvinden, de augustus-eclips was zeldzaam in zijn lange pad over land:de totale zonsverduistering duurde in totaal ongeveer 90 minuten, vanaf het moment dat het voor het eerst de kust van Oregon bereikte tot het moment waarop het het Noord-Amerikaanse vasteland in South Carolina verliet. Zo lang, ononderbroken pad over land bood wetenschappers een zeldzame verandering om de zon en zijn invloed op de aarde te onderzoeken op manieren die normaal niet mogelijk zijn.

Tijdens de weinige momenten van een totale zonsverduistering, De corona van de zon - anders te zwak om te zien naast zijn heldere gezicht - is zichtbaar vanaf de aarde. We bestuderen de corona vanuit de ruimte met instrumenten die coronagrafen worden genoemd, die kunstmatige verduisteringen creëren door een metalen schijf te gebruiken om het gezicht van de zon te blokkeren.

Maar de binnenste gebieden van de corona van de zon in wit licht zijn alleen zichtbaar tijdens totale zonsverduisteringen. Vanwege een eigenschap van licht genaamd diffractie, de schijf van een coronagraaf moet zowel het oppervlak van de zon als een groot deel van de corona blokkeren om scherpe foto's te krijgen. Maar omdat de maan zo ver van de aarde verwijderd is - ongeveer 230, 000 mijl verderop tijdens de eclips van augustus - diffractie is geen probleem, en wetenschappers kunnen de onderste corona tot in detail meten.

Twee wetenschappers spraken op de persconferentie over hun onderzoek naar de corona:Amir Caspi, een ruimtewetenschapper aan het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, en Matt Penn, van het Nationaal Zonneobservatorium. Het bestuderen van de corona van onze zon biedt de mogelijkheid om zowel te begrijpen wat haar intense hitte drijft als om ons vermogen te verbeteren om te voorspellen wanneer de zon zou kunnen uitbarsten met gigantische explosies van zonnemateriaal, bekend als coronale massa-ejecties, die onze ruimteomgeving kunnen beïnvloeden en - wanneer intens - satellieten kunnen treffen.

Zoals Caspi uitlegde:Afhankelijk van de locatie op de grond, iemand die de zon bestudeert tijdens de zonsverduistering van 21 augustus kan tot 2 minuten en 42 seconden aan gegevens verzamelen. Maar Caspi's project, gefinancierd door NASA, liet zich inspireren door eerdere eclipsstudies om die tijd nog verder uit te rekken. Met behulp van een paar NASA WB-57 jets, Caspi en zijn team hadden iets meer dan zeven en een halve minuut ononderbroken zicht op de zonnecorona.

Hoewel ze oorspronkelijk waren ontworpen om de lanceringen van de spaceshuttle te volgen, de telescopen - en de jets waarop ze waren gemonteerd - waren een verrassende zegen voor de zonnewetenschap.

"Deze instrumenten zijn niet gebouwd voor de wetenschap; ze werden hergebruikt voor de wetenschap, "zei Caspi. "Dit was het eerste astronomieproject in de lucht op het WB-57-platform."

Deze retrofitwetenschap maakt data-analyse des te uitdagender, aangezien de beelden zorgvuldig moeten worden verwerkt en gekalibreerd om belangrijke details over de magnetische golven van de zon en hun relatie tot de buitengewoon hoge temperaturen in de zonnecorona te onthullen.

Matt Penn maakte ook gebruik van het pad van de eclips over land om een ​​unieke reeks waarnemingen te doen. Het Citizen CATE-project - een afkorting van Continental-America Telescopic Eclipse - bestond uit 68 identieke kleine telescopen verspreid over het pad van de totaliteit en beheerd door burger- en studentwetenschappers.

"Toen de schaduw van de maan een van onze telescopen verliet, het omvatte de volgende in ons netwerk, ' zei Penn. 'In plaats van twee en een halve minuut te observeren, we konden 93 minuten observeren."

Tijdens de zonsverduistering, 61 van de 68 telescopen van het project slaagden erin coronale beelden vast te leggen, wat neerkomt op 82 minuten totale waarnemingstijd van de 93 minuten dat de totale zonsverduistering over land was. Dit succes betekent dat het team een ​​enorme hoeveelheid gegevens moet analyseren, hoewel Penn zegt dat ze in staat waren om gedetailleerde beelden vast te leggen van de zonnekenmerken waarin ze het meest geïnteresseerd waren:snelle zonnewind stroomt in de buurt van de noord- en zuidpool van de zon.

De verbinding tussen zon en aarde verkennen

Andere wetenschappers op de briefing presenteerden resultaten over de impact van de eclips dichter bij huis. Hoog in de bovenste atmosfeer van de aarde, boven de ozonlaag, De intense straling van de zon creëert een laag van geëlektrificeerde deeltjes die de ionosfeer wordt genoemd. Dit deel van de atmosfeer reageert op veranderingen van zowel de aarde beneden als de ruimte erboven. Dergelijke veranderingen in de lagere atmosfeer of het ruimteweer kunnen zich manifesteren als verstoringen in de ionosfeer die communicatie- en navigatiesignalen kunnen verstoren.

Greg Earle, van Virginia Tech, gebruikte de zonsverduistering als een natuurlijk laboratorium om modellen te testen van de effecten van de ionosfeer op deze communicatiesignalen. Earle en zijn team gebruikten computermodellen om te schatten hoe de zonsverduistering radiosignalen zou beïnvloeden - voornamelijk, hoe ver ze door de atmosfeer konden reizen voordat ze uitstierven. Ze voorspelden dat de eclips het bereik van radiosignalen zou vergroten vanwege een daling van het aantal geactiveerde deeltjes in de ionosfeer, vergelijkbaar met wat er 's nachts gebeurt. En ze hadden gelijk.

"De gegevens waren een bevestiging dat onze modellering op de goede weg was, " zei Earle. "Tijdens de zonsverduistering, radiosignalen verspreidden zich veel, veel verder dan op een normale dag."

Earle en zijn team gebruikten een litanie van radiozenders en -ontvangers om het bereik van radiosignalen tijdens de zonsverduistering te testen:twee reeds bestaande radarstations, vier op maat gemaakte antenneplaatsen, en rapporten van duizenden ham-radio-operators uit heel Noord-Amerika, die vrijwillig hun observaties aanboden als onderdeel van een wedstrijd die werd georganiseerd in samenwerking met de American Radio Relay League.

Het valideren van dit model van de ionosfeer is een stap in de richting van het begrijpen van minder voorspelbare veranderingen in de ionosfeer die de betrouwbaarheid van onze communicatie- en navigatiesignalen kunnen beïnvloeden.

Angela Des Jardins van Montana State University sprak tijdens de briefing over het Eclipse Ballooning Project, die tijdens de zonsverduistering ballonnen door de lagere atmosfeer van de aarde vlogen. Als je de zonsverduistering online hebt gezien op 21 augustus, sommige van de livebeelden die je hebt gezien, zijn mogelijk afkomstig van deze ballonnen. De ballonnen - gevlogen naar meer dan 100, 000 voet door 55 teams van universiteits- en middelbare scholieren - leverden de allereerste livebeelden van een zonsverduistering vanuit dit deel van de atmosfeer. Naast het bieden van geweldige uitzichten, ze maakten ook unieke wetenschap mogelijk.

Het project omvatte weerballonvluchten vanaf een tiental locaties om een ​​beeld te vormen van hoe de lagere atmosfeer van de aarde - het deel waarmee we communiceren en dat rechtstreeks van invloed is op ons weer - reageerde op de zonsverduistering. Deze gegevens onthulden dat de planetaire grenslaag, het laagste deel van de atmosfeer van de aarde, daalde tijdens de zonsverduistering bijna tot de nachtelijke hoogte.

Enkele tientallen van de eclipsballonnen vlogen ook met kaarten die onschadelijke bacteriën bevatten om ons te helpen mogelijke problemen met planetaire besmetting te begrijpen.

"We willen andere planeten niet besmetten wanneer we robots sturen - of zelfs mensen - dus we moeten begrijpen of microscopisch leven, zoals bacteriën, zou kunnen overleven op Mars, zei Des Jardins.

Op veel manieren, De stratosfeer van de aarde is vergelijkbaar met de omgeving op het oppervlak van Mars, met één primaire uitzondering:de hoeveelheid zonlicht. Maar tijdens de zonsverduistering het niveau van zonlicht daalde tot iets dat dichter bij wat je zou verwachten te zien op Mars, biedt de perfecte omgeving om de winterhardheid van deze potentiële Mars-indringers te testen. Wetenschappers kijken naar gegevens van dit experiment, en hopen de resultaten binnen de komende maanden te publiceren.

Jay Herman, EPIC hoofdwetenschapper bij NASA Goddard, gepresenteerd over hoe het evenement van 21 augustus wetenschappers de kans gaf om de effecten te bestuderen van de eclips die een deel van het zonlicht dat de aarde bereikt blokkeert. Dit is een stap in het nauwkeuriger meten van de rol van wolken bij het reguleren van hoeveel zonne-energie het aardoppervlak bereikt, en hoeveel wordt teruggekaatst in de ruimte. Computerprogramma's kunnen de impact van verschillende soorten wolken op het energiebudget van de aarde inschatten, en een gebeurtenis zoals de zonsverduistering - waarbij de maan als een reus fungeert, ondoordringbare cloud—kan die programma's verbeteren.

Het Deep Space Climate Observatory - een ruimtevaartuig van de National Oceanic and Atmospheric Administration dat op 1 miljoen mijl van de aarde draait en altijd tussen de aarde en de zon staat - bood een uniek platform om de zonsverduistering en de impact ervan te bekijken. Het draagt ​​een NASA-instrument genaamd de Earth Polychromatic Imaging Camera, of EPIC, die verschillende golflengten van licht meet dat door de aarde wordt weerkaatst.

Toen Herman en zijn collega's maten hoeveel licht er tijdens de zonsverduistering werd gereflecteerd, ze ontdekten dat het over de hele wereld met 10 procent was verminderd. Normaal, niet-eclipsdagen variëren doorgaans met minder dan 1 procent, in vergelijking.

En meer...

Veel andere wetenschappers - met steun van NASA - maakten gebruik van de zonsverduistering om op 21 augustus nieuwe studies van de zon en de aarde uit te voeren.

Zonne-onderzoek

Een door NASA gefinancierde groep onder leiding van Shadia Habbal van de Universiteit van Hawaï vond atypisch koel materiaal in de corona boven een gebied waar net een coronale massa-ejectie op het oppervlak was uitgebarsten. voor de zonsverduistering. Deze bevinding helpt wetenschappers de fysica van dynamische plasma's in de corona te begrijpen.

in Madras, Oregon, een team van NASA-wetenschappers onder leiding van Nat Gopalswamy van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, wees een nieuwe, gespecialiseerde polarisatiecamera bij de corona, 50 opnamen op vier verschillende golflengten in iets meer dan twee minuten. De beelden legden gegevens vast over de temperatuur en snelheid van zonnemateriaal in de corona.

Typische coronagrafen gebruiken een polarisatiefilter in een mechanisme dat door drie hoeken draait, de een na de ander, voor elk golflengtefilter. De nieuwe camera is ontworpen om dit tijdrovende proces te elimineren, door duizenden kleine polarisatiefilters op te nemen om licht dat tegelijkertijd in verschillende richtingen is gepolariseerd te lezen.

De resultaten van het team kwamen overeen met die van eerdere verduisteringen die werden waargenomen door de oudere, onhandigere polarisatiecamera's - waarmee met succes wordt aangetoond dat het instrument kan worden gebruikt om nauwkeurige metingen te verkrijgen zonder een polarisatiewiel. Met verder testen en ontwikkelen, de camera van de groep zal uiteindelijk uitgroeien tot een instrument dat bestemd is voor ruimtevluchten.

Paul Bryans, een wetenschapper bij UCAR, leidde een ander door NASA gefinancierd project om de zon te bestuderen tijdens de zonsverduistering van augustus. Ze waren in staat om een ​​spectrum van de corona van de zon vast te leggen op golflengten van ongeveer 1 tot 5 micron, veel langere golflengten dan die waaruit de soorten licht bestaan ​​die onze ogen kunnen zien. Dit spectrum is een meting die niet vaak wordt gedaan, en Bryans en zijn team hebben goede hoop dat het interessante details over de atmosfeer van de zon zal onthullen.

Het team van Bryans richtte zich ook op het vastleggen van beelden van de chromosfeer - het deel van de atmosfeer van de zon onder de corona - net voor en na de totaliteit, wanneer het zichtbaar zou zijn voorbij de rand van de maan zonder overweldigd te worden door het heldere gezicht van de zon.

"Een van de interessante dingen die we tot nu toe hebben gedaan, is de resultaten vergelijken met enkele andere eclipsexperimenten, " zei Bryans. In het bijzonder, door hun gegevens te vergelijken met die verzameld door een National Science Foundation-experiment in de lucht, ze kunnen bepalen welke delen van het zonnespectrum veelbelovend zijn voor toekomstige studies op de grond. "Een van de dingen die we moeten weten, is precies welke golflengten de lucht absorbeert - als de atmosfeer van de aarde het licht absorbeert waarnaar je op zoek bent, het heeft geen zin."

Filips Rechter, ook van het High Altitude Observatory, leidde een team in nauw overleg met Bryans' om de corona en chromosfeer van de zon te bestuderen met spectrografen - instrumenten die licht categoriseren op basis van de samenstellende golflengten - om de vingerafdrukken te zien die door het magnetische veld van de zon zijn achtergelaten. Dit chromosferische flitsspectrum, opgenomen met een ongekende tijdresolutie, stelt het team in staat om de chromosfeer te bestuderen als functie van de hoogte op een schaal van slechts enkele kilometers. De analyse van deze gegevens is aan de gang.

Judge coördineerde ook met Smithsonian's Airborne Infrared Spectrometer-experiment. Voorlopige resultaten van dit project tonen twee voorheen onzichtbare emissielijnen van de corona. Deze gegevens zijn ook kruisgekalibreerd met op de grond gebaseerde coronagrafen die dagelijks buiten de zonsverduistering worden gebruikt en geven onderzoekers een duidelijk begrip van de relatie tussen de emissie van de corona en het licht dat de atmosfeer van de aarde absorbeert.

Samenwerkend met het Citizen CATE-project op twee telescooplocaties, Padma Yanamandra-Fisher en haar team gebruikten de augustus-eclips om gepolariseerd licht van de binnenste zonnecorona te meten, die alleen vanaf de grond kan worden waargenomen tijdens een totale zonsverduistering. Door de binnenste corona van de zon in gepolariseerd licht te bestuderen, kunnen wetenschappers de kenmerken van zonneactiviteit volgen die de buitengewoon hoge temperaturen van de corona kunnen helpen verklaren.

Uit de eerste analyse blijkt dat de polarisatie het grootst was langs de evenaar van de zon, laten zien waar vrije elektronen overvloediger waren, evenals andere kenmerken in de corona. Ze ontdekten ook dat een structuur van uitgestoten materiaal - een prominentie - zeer zwak gepolariseerd was.

Het team van Yanamandra-Fisher zal hun gegevens ook combineren met die van Citizen CATE om licht te werpen op de kortetermijnvariabiliteit in de zonnecorona, dat gebeurt op de tijdschaal van slechts een paar uur.

"De dataset die we van een van onze twee locaties hebben verkregen, is een van de beste datasets van zichtbare polarisatie van de binnenste corona die momenteel beschikbaar is, omdat we een ongerepte observatieplaats hadden in Tetonia, Idaho, en een geweldig voorbeeld van samenwerking tussen professionele en amateurwaarnemers, ' zei Yanamandra-Fisher.

Ionosferisch onderzoek

Terwijl de schaduw over het land trok, het afsnijden van de gebruikelijke bron van ioniserende straling in de ionosfeer, een team onder leiding van Phil Erickson van het Haystack Observatory van het Massachusetts Institute of Technology observeerde cirkelvormige booggolven - verstoringen in de elektronendichtheid van de regio, genoemd naar hun gelijkenis met de golven die een boot maakt terwijl hij door het water vaart. Deze golven snelden langs het pad van de totaliteit met 300 mijl per seconde. Reizende ionosferische storingen zijn soms verantwoordelijk voor ruimteweerpatronen in de bovenste atmosfeer, en zijn vaak gekoppeld aan atmosferische zwaartekrachtgolven.

"Onze ionosferische metingen tijdens de eclips van augustus 2017 verliepen buitengewoon goed. De krachtige ionosferische radar op Millstone Hill in het oosten van Massachusetts presteerde perfect gedurende vijf dagen rond de eclips, het meten van ionosferische dichtheid, temperatuur, en snelheid boven het hoofd en ook in verschillende richtingen aan de oostkust, "zei Erickson. "Bovendien, onze op GPS gebaseerde software voor totale elektroneninhoud produceerde kaarten met brede dekking van de ionosferische respons over het hele Noord-Amerikaanse continent. Beide datasets hebben veel fascinerende kenmerken, waarvan sommige onverwacht waren."

Bob Marshall en zijn team, van de Universiteit van Colorado Boulder, onderzocht de respons van het D-gebied van de ionosfeer op de zonsverduistering met een zeer lage frequentie, of VLF, radio signalen. Dit is het laagste en minst dichte deel van de ionosfeer - en daarom het minst begrepen.

Het verzamelen van gegevens ging goed, Marshall zei, en de groep kreeg alle gegevens waar ze op hoopten. Het team verzamelde VLF-zendersignalen die over het pad van de totaliteit in Boulder reizen; berenmeer, Utah; en Elginfield, Ontario, Canada. Alle waarnemingen toonden duidelijke handtekeningen van de eclips, evenals een onverwachte zonnevlam.

"We blijven de modelsimulaties samenstellen om deze VLF-waarnemingen van de eclips te valideren, Marshall zei. "Het model is behoorlijk ingewikkeld en complex, maar we boeken grote vooruitgang."