Op maandag, 21 aug. 2017, miljoenen in de VS zullen hun ogen naar de hemel richten als ze getuige zijn van een totale zonsverduistering. De schaduw van de maan zal over de Verenigde Staten racen, van Oregon tot Zuid-Carolina. Het pad van deze schaduw, ook bekend als het pad van de totaliteit, is waar waarnemers zullen zien dat de maan de zon volledig bedekt. En dankzij de hoogtegegevens van de maan van NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter, of LRO, gekoppeld aan gedetailleerde NASA-topografiegegevens van de aarde, we hebben de meest nauwkeurige kaarten van het pad van de totaliteit voor elke zonsverduistering tot nu toe.

Vroege kaarten maken

Eclipskaarten worden al lang gebruikt om het voorspelde pad van de maanschaduw te plotten wanneer deze het aardoppervlak kruist. Friedrich Wilhelm Bessel en William Chauvenet, twee vooraanstaande 19e-eeuwse astronomen en wiskundigen, ontwikkelde de wiskunde die nog steeds wordt gebruikt om eclipskaarten te maken - lang voordat computers en de precieze astronomische gegevens verzameld tijdens het ruimtetijdperk.

traditioneel, eclipsberekeningen gaan ervan uit dat alle waarnemers zich op zeeniveau bevinden en dat de maan een gladde bol is die perfect symmetrisch is rond het zwaartepunt. De berekeningen houden geen rekening met verschillende hoogtes op aarde en de kraters van de maan, oneven oppervlak.

Voor iets nauwkeurigere kaarten, mensen gebruiken hoogtetabellen en grafieken van het maanlidmaat - de rand van het zichtbare oppervlak van de maan gezien vanaf de aarde. Tot voor kort, astronomen hebben de ledematenprofielen gebruikt die in 1963 door astronoom Chester Burleigh Watts zijn gepubliceerd om eclipskaarten te maken van het pad van de totaliteit van de maan. Om zijn profielen te produceren, Watts ontwierp een machine die 700 foto's traceerde die elke hoek van de maan die vanaf de aarde zichtbaar was, bestrijken.

Echter, eclipsberekeningen zijn nog nauwkeuriger geworden op basis van topografische gegevens van LRO-waarnemingen.

Een nieuwe kijk op een oud fenomeen

Met behulp van LRO-hoogtekaarten, NASA-visualizer Ernie Wright bij Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, creëerde een continu variërend maanprofiel terwijl de schaduw van de maan over de Verenigde Staten gaat, net als tijdens de komende zonsverduistering. De bergen en valleien langs de rand van de schijf van de maan beïnvloeden de timing en duur van de totaliteit met enkele seconden. Wright gebruikte ook verschillende NASA-gegevenssets om een ​​hoogtekaart van de aarde te maken, zodat de locaties van de eclipswaarnemers op hun werkelijke hoogte werden weergegeven.

De resulterende visualisaties laten iets zien dat nog nooit eerder is gezien:de ware, in de tijd variërende vorm van de schaduw van de maan, met de effecten van zowel een nauwkeurig maanlidmaat als het terrein van de aarde.

"Zelfs 10 jaar geleden hadden we zulke visualisaties niet kunnen maken, Wright zei. "Dit is een samenloop van toenemende rekenkracht en nieuwe datasets van remote sensing-platforms zoals LRO en de Shuttle Radar Topography Mission."

De maanumbra is het deel van de schaduw van de maan waar de hele zon wordt geblokkeerd door de maan. Op een eclipskaart, dit vertelt je waar je moet staan ​​om de totaliteit te ervaren. Eeuwenlang, eclipskaarten hebben de vorm van de umbra van de maan afgebeeld, of het donkerste deel van zijn schaduw, als een gladde ellips.

Zoals blijkt uit de nieuwe visualisaties, de vorm van de paraplu is drastisch veranderd door zowel het ruige maanterrein als de verhogingen van waarnemers op aarde.

"We weten al een tijdje over de effecten van het maanbeen en de verhoging van waarnemers op de aarde, maar dit is de eerste keer dat we het echt op deze manier zien, "Zei Wright. "Ik denk dat het de manier waarop mensen denken over het in kaart brengen van verduisteringen zal veranderen."

De ware vorm van de umbra lijkt meer op een onregelmatige veelhoek met licht gebogen randen. Elke rand komt overeen met een enkele vallei op het maanbeen, de laatste plek op de ledemaat die zonlicht doorlaat. Als deze randen over bergketens gaan, ze zijn geschulpt door de toppen en dalen van het landschap. De umbra van de maan zal de Cascades oversteken, Rockies en Appalachen tijdens de eclips van 2017.

"Zonne- en maansverduisteringen bieden een uitstekende gelegenheid om over de maan te praten, want zonder de maan zouden er geen verduisteringen zijn, " zei Noach Petro, plaatsvervangend projectwetenschapper voor LRO. "Omdat we de vorm van de maan beter kennen dan enig ander planetair lichaam, met dank aan LRO, we kunnen nu nauwkeurig de vorm van de schaduw voorspellen wanneer deze op het oppervlak van de aarde valt. Op deze manier, LRO-gegevens werpen nieuw licht op onze voorspellingen voor de aanstaande zonsverduistering."

De totale zonsverduistering op maandag, 21 aug. 2017 zal de continentale Verenigde Staten doorkruisen, beginnend in Oregon en eindigend in South Carolina. De laatste keer dat een totale zonsverduistering de Verenigde Staten overspande was in 1918, toen het pad van de totaliteit door de zuidwestelijke hoek van Washington ging en Denver passeerde, Colorado, Jackson, Mississippi, en Orlando, Florida alvorens het land te verlaten aan de Atlantische kust van Florida.