Toen de totale zonsverduistering op 21 augustus over de Verenigde Staten raasde, 2017, NASA-satellieten hebben een gevarieerde reeks beelden vanuit de ruimte vastgelegd. Maar dagen voor de zonsverduistering, sommige NASA-satellieten stelden wetenschappers ook in staat te voorspellen hoe de corona - de buitenste atmosfeer van de zon - eruit zou zien tijdens de zonsverduistering, uit de grond. Naast het aanbieden van een case study om onze voorspellende vaardigheden te testen, de voorspellingen stelden sommige eclipswetenschappers ook in staat om hun studiedoelen van tevoren te kiezen.

Voorspellende wetenschap, Inc., San Diego, Calif.—een particulier onderzoeksbureau op het gebied van computerfysica, ondersteund door NASA, de National Science Foundation en het Air Force Office of Scientific Research - gebruikten gegevens van NASA's Solar Dynamics Observatory, of SDO om een ​​verbeterd numeriek model te ontwikkelen dat simuleerde hoe de corona eruit zou zien tijdens de totale zonsverduistering. Hun model maakt gebruik van waarnemingen van magnetische velden op het oppervlak van de zon en vereist een schat aan supercomputerbronnen om te voorspellen hoe het magnetische veld de corona in de loop van de tijd vormt.

Terwijl de corona en het zonnemateriaal zich vanaf de zon naar buiten verspreidden, ze kunnen zich manifesteren als verstoringen in de ruimte nabij de aarde, ruimteweer genoemd. "Ruimteweermodellen moeten de structuur van de corona kunnen karakteriseren om de voorspellingen van het pad en de mogelijke effecten van deze gebeurtenissen te verbeteren, "Predictive Science president en wetenschapper Jon Linker zei.

Een belangrijk hulpmiddel zijn computermodellen die gebeurtenissen op de zon simuleren voordat ze plaatsvinden. Dit vergelijken van modellen en waarnemingen is een kernaspect van de heliofysica - het wetenschapsgebied dat zich toelegt op het begrijpen van de zon en zijn dynamische invloed in het hele zonnestelsel. Zonder de mogelijkheid om de corona direct te meten, heliofysici testen hun theorieën met behulp van complexe computersimulaties.

Verduisteringen bieden wetenschappers een unieke kans om dergelijke modellen te testen. Tijdens de totale zonsverduistering de maan verduisterde het heldere gezicht van de zon volledig, het binnenste deel van de corona onthullen - het gebied waar zonne-uitbarstingen zoals coronale massa-ejecties ontstaan, maar is onder normale omstandigheden moeilijk waar te nemen. Door hun voorspellingen te vergelijken met de waarnemingen die tijdens de zonsverduistering zelf zijn verzameld, onderzoekers kunnen de prestaties van hun coronale modellen beoordelen en verbeteren.

Het model dat de Predictive Science-onderzoekers gebruikten voor hun definitieve voorspelling van de eclips van augustus 2017 was hun meest complexe tot nu toe. Naast SDO's kaarten van het magnetische veld van de zon, het maakte ook gebruik van SDO-waarnemingen van filamenten - kronkelige structuren op het oppervlak van de zon bestaande uit koele, dicht zonnemateriaal.

Grotere complexiteit vereist meer rekenuren, en elke simulatie vereiste duizenden processors en nam ongeveer twee dagen in realtime in beslag. De onderzoeksgroep voerde hun model uit op verschillende supercomputers, waaronder faciliteiten in het Texas Advanced Computer Center in Austin, Texas; het San Diego Supercomputer Center in Californië; en de Pleiades-supercomputer in de NASA Advanced Supercomputing-faciliteit in het Ames Research Center van NASA in Silicon Valley, Californië.

"Op basis van een zeer voorlopige vergelijking, het lijkt erop dat het model het heel goed heeft gedaan bij het vastleggen van kenmerken van de grootschalige corona, " zei Linker. In zijn toegenomen complexiteit, het model laat zien dat zelfs de fijne magnetische structuren van de zon nauw verwant zijn aan de enorme structuur van de corona.

Terwijl wetenschappers hun modellen draaiden, NASA's eigen Solar and Terrestrial Relations Observatory, of STEREO-A ruimtevaartuig, kon ook in de toekomst kijken en aanwijzingen geven over hoe de corona eruit zou zien op de dag van de zonsverduistering. Toen de zonsverduistering dichterbij kwam, vanwege de positie van STEREO-A achter de zon en de specifieke rotatiesnelheden van de zon en de aarde, STEREO-A's kijk op de corona op 12 aug. 2017, was vrijwel hetzelfde als die binnen het pad van de totaliteit negen dagen later, op 21 augustus, zouden zien. Het uitkijkpunt van STEREO-A is ongeveer negen dagen eerder dan dat van de aarde.

Tot de belangrijkste instrumenten van STEREO behoren een paar coronagrafen - telescopen die een metalen schijf, een verduisterende schijf genaamd, gebruiken om de corona te bestuderen. Net als een totale zonsverduistering, de verduisterende schijf blokkeert het heldere licht van de zon, waardoor het mogelijk is om de omringende corona te onderscheiden.

Coronagrafische beelden van 12 en 21 augustus vertonen grote overeenkomsten; beide hebben een dominante vorm met drie streamers. Hier, het STEREO-beeld wordt vergeleken met een beeld van het gezamenlijke ESA/NASA Solar and Heliospheric Observatory, of SOHO, die op 21 augustus zo was gepositioneerd om het zicht van de aarde op de corona te delen. Het kleine verschil in de locatie van de streamers is te wijten aan het feit dat STEREO-A en SOHO de zon vanuit enigszins verschillende hoeken bekijken.

"Het kleine verschil tussen de afbeeldingen van 12 en 21 augustus laat zien dat de atmosfeer van de zon heel langzaam evolueert - zoals we verwachten, in de dalende fase naar het zonneminimum, " zei Angelos Vourlidas, een STEREO-wetenschapsteamlid en heliofysicus aan het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland. "De zon gaat langzaam slapen - maar niet stil, zoals de recente golf van zonneactiviteit ons eraan herinnerde!"

Het zonneminimum is de periode van lagere zonneactiviteit in de natuurlijke cyclus van ongeveer 11 jaar van de zon. In tijden van grotere zonneactiviteit, de dynamische corona zou te snel kunnen zijn geëvolueerd om een ​​dergelijke voorspelling bruikbaar te maken. Maar in deze tijden die het zonneminimum naderen, zowel Predictive Science als STEREO's eclipsvoorspellingen boden onderzoekers de mogelijkheid om modellen en ons begrip van de huidige activiteit van de zon te verbeteren.