Voor de meeste kijkers de 21 augustus 2017, totale zonsverduistering duurt minder dan twee en een halve minuut. Maar voor een team van door NASA gefinancierde wetenschappers, de eclips duurt meer dan zeven minuten. Hun geheim? De schaduw van de maan volgen in twee achteraf aangebrachte WB-57F-straalvliegtuigen.

Amir Caspi van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, en zijn team zullen op 21 augustus twee van NASA's WB-57F onderzoeksjets gebruiken om de duisternis in heel Amerika te achtervolgen. Met observaties van tweelingtelescopen die op de neus van de vliegtuigen zijn gemonteerd, Caspi zal de duidelijkste beelden maken van de buitenste atmosfeer van de zon - de corona - tot nu toe en de allereerste thermische beelden van Mercurius, onthullen hoe de temperatuur varieert over het oppervlak van de planeet.

"Dit zouden wel eens de beste waarnemingen ooit kunnen zijn van hoogfrequente verschijnselen in de corona, " zegt Dan Seaton, mede-onderzoeker van het project en onderzoeker aan de Universiteit van Colorado in Boulder, Colorado. "Door de waarnemingstijd te verlengen en naar zeer grote hoogte te gaan, kunnen we misschien een paar gebeurtenissen zien of golven volgen die in wezen onzichtbaar zouden zijn in slechts twee minuten waarnemingen vanaf de grond."

De totale zonsverduistering biedt wetenschappers een zeldzame kans om de zon te bestuderen, vooral de sfeer. Omdat de maan de zon volledig bedekt en haar licht perfect blokkeert tijdens een zonsverduistering, de typisch vage corona is gemakkelijk te zien tegen de donkere lucht. NASA financiert 11 wetenschappelijke projecten in heel Amerika zodat wetenschappers kunnen profiteren van de unieke astronomische gebeurtenis om meer te weten te komen over de zon en de effecten ervan op de bovenste atmosfeer van de aarde.

De corona wordt verhit tot miljoenen graden, toch worden de lagere atmosferische lagen zoals de fotosfeer - het zichtbare oppervlak van de zon - slechts tot een paar duizend graden verwarmd. Wetenschappers weten niet zeker hoe deze inversie gebeurt. Eén theorie stelt voor dat magnetische golven, Alfvén-golven genaamd, gestaag energie transporteren naar de buitenste atmosfeer van de zon, waar het vervolgens wordt afgevoerd als warmte. Alternatief, micro-explosies, nanoflares genoemd - te klein en frequent om individueel te detecteren, maar met een groot collectief effect - zou warmte in de corona kunnen afgeven.

Door technologische beperkingen, niemand heeft nog rechtstreeks nanoflares gezien, maar de hoge resolutie en hoge snelheid beelden die gemaakt zullen worden met de WB-57F jets zouden hun effecten op de corona kunnen onthullen. De high-definition foto's, 30 keer per seconde vastgelegd, zullen worden geanalyseerd op golfbewegingen in de corona om te zien of golven naar of van het oppervlak van de zon af bewegen, en met welke sterktes en maten.

"We zien het bewijs van nanoflare-verwarming, maar we weten niet waar ze voorkomen, "Zei Caspi. "Als ze hoger in de corona voorkomen, we zouden kunnen verwachten dat golven naar beneden bewegen, terwijl de kleine explosies plaatsvinden en collectief de magnetische velden opnieuw configureren."

Op deze manier, nanoflares kunnen ook de ontbrekende schakel zijn die verantwoordelijk is voor het ontwarren van de chaotische puinhoop van magnetische veldlijnen op het oppervlak van de zon, verklaren waarom de corona nette lussen heeft en vloeiende ventilatoren van magnetische velden. De richting en aard van de waargenomen golven zullen ook helpen onderscheid te maken tussen concurrerende modellen van coronale verwarming.

De twee vliegtuigen, lancering vanaf Ellington Field nabij NASA's Johnson Space Center in Houston zal de totale zonsverduistering elk ongeveer drie en een halve minuut observeren terwijl ze over Missouri vliegen, Illinois en Tennessee. Door hoog in de stratosfeer te vliegen, observaties gemaakt met telescopen aan boord zullen voorkomen dat je door het grootste deel van de atmosfeer van de aarde kijkt, sterk verbeterde beeldkwaliteit. Op de kruishoogte van de vliegtuigen van 50, 000 voet, de lucht is 20-30 keer donkerder dan vanaf de grond gezien, en er is veel minder atmosferische turbulentie, waardoor fijne structuren en bewegingen in de corona van de zon zichtbaar zijn.

Beelden van de zon zullen voornamelijk worden vastgelegd op golflengten van zichtbaar licht, met name het groene licht dat wordt afgegeven door sterk geïoniseerd ijzer, oververhit door de corona. Dit licht is het beste om de fijne structuren in de buitenste atmosfeer van de zon te laten zien. Deze beelden zijn complementair aan ruimtetelescopen, zoals NASA's Solar Dynamics Observatory, die voornamelijk opnamen maakt in ultraviolet licht en niet de capaciteit heeft voor de hogesnelheidsbeelden die aan boord van de WB-57F kunnen worden vastgelegd.

Waarnemingen van Mercurius zullen ook een half uur voor en na totaliteit worden gedaan, als de lucht nog relatief donker is. deze afbeeldingen, genomen in het infrarood, zal de eerste poging zijn om de variatie van temperatuur over het oppervlak van de planeet in kaart te brengen.

Mercurius draait veel langzamer dan de aarde - een Mercurial-dag is ongeveer 59 aardse dagen - dus de nachtzijde koelt af tot een paar honderd graden onder nul, terwijl de dagzijde bakt bij een warme 800 F. De afbeeldingen laten zien hoe snel het oppervlak afkoelt, waardoor wetenschappers weten waar de grond van is gemaakt en hoe dicht deze is. Deze resultaten zullen wetenschappers inzicht geven in hoe Mercurius en andere rotsachtige planeten gevormd kunnen zijn.

Met de beelden van de corona kan het team ook zoeken naar een veronderstelde familie van asteroïden, vulcanoïden genaamd. Zijn gedachte dat deze objecten in een baan tussen de zon en Mercurius draaien, en zijn overgebleven van de vorming van het zonnestelsel. Indien ontdekt, vulcanoïden kunnen veranderen wat wetenschappers begrijpen over planeetvorming.