Solens svaga korona lyser ljust under en total solförmörkelse.
(Bild: © Miloslav Druckmüller / Peter Aniol / Vojtech Rušin / Ľubomír Klocok / Karel Martišek / Martin Dietzel)
I Sydamerika kommer miljoner ögon att vända sig till himlen när månen rör sig framför solen för att presentera en solförmörkelse idag (2 juli). Medan nästan hela kontinenten kommer att se månskyddet åtminstone en del av solen, kommer himmelskådare i delar av Chile och Argentina att uppleva några ögonblick av skymningen på dagen när månen fullständigt släcker solen i en total solförmörkelse.
Men medan de flesta skywatchers kommer att blöta i den otroliga inspirerande synen, kommer vissa att vända ett mer kritiskt, vetenskapligt öga till händelsen. Förmörkelsen kommer att äga rum över National Science Foundation (NSF) Cerro Tololo interamerikanska observatorium i norra Chile, där fem forskarlag kommer att studera atmosfären i solen och jorden under förmörkelsen för att få svårt att se glimtobservationer endast tillgängliga i de flyktiga stunderna av dagsljusmörket.
"Den 2 juli kommer NSF-finansiering att göra det möjligt för forskare att utnyttja den värdefulla möjligheten för en total solförmörkelse att studera solens korona," sa NSF-programdirektör David Boboltz i ett uttalande. Solen förblir dold i 2 minuter och 6 sekunder vid teleskopet.
Medan månen ofta rör sig framför en del av solen under partiella solförmörkelser, som uppstår några gånger per år i genomsnitt, är solen helt blockerad under en total solförmörkelse. Skillnaden mellan en total solförmörkelse och en partiell förmörkelse, även om 99% av solen är skärmad, är dramatisk och kan tillåta ett bredare utbud av vetenskapliga experiment. När solens kropp är helt blockerad blir den svårfångade inre koronaen synlig.
Corona består av extremt heta gaser och är mystiskt varmare än solens yta. Trots sin höga temperatur är den miljoner gånger mörkare än solens synliga kropp på grund av sin tröga natur. Att studera korona kan avslöja insikter om rymdväder som genereras av solen, vilket kan ha betydande effekter på jorden.
Förutom att utföra värdefull vetenskap, har varje team beskrivit en förmörkelseplan för att involvera lokala chilenska och utländska studenter, amatörastronomer och allmänheten.
Ett decennier långt experiment
På 1990-talet inledde den amerikanska astronomen Jay Pasachoff ett observationsprogram som sedan dess har fortsatt att övervaka solskiftet. Genom att mäta koronans nuvarande färg, form och temperatur hoppas forskarna att förbättra sin förståelse för utbrott och banderoller som kommer från solen.
Pasachoff, en astronomiprofessor vid Williams College i Massachusetts, är en av tre män som håller rekordet för att observera de mest totala solförmörkelserna. Han har rest världen för att observera 70 solförmörkelser, varav 34 totalt solförmörkelser.
"Varje glimt vi får av solen under en total solförmörkelse - bara ett par minuter var 18: e månad eller så - ger oss en annan uppsättning funktioner att titta på," sade Pasachoff i uttalandet.
Observationer av solens funktioner kan hjälpa till att förbättra vår förståelse för koronalmassautkastningar (CME), utbrott av laddat material som spyr från solytan. När dessa klumpar reser utåt i rymden kan de kollidera med planeter som Jorden och interagera med deras magnetfält. 1859 orsakade en solstorm, känd som Carrington-händelsen, elektriska stötar och shorts längs telegraftrådarna, till och med att telegrafer som kopplats från strömförsörjningen fungerade. En liknande händelse idag, i en mycket mer elektronisk värld, kan ha betydande återverkningar.
Pasachoffs team kommer också att studera stora koronstrukturer kända som streamers, de spetsiga regionerna som visas i de flesta bilder av korona. Eftersom den totala solförmörkelsen 2019 inträffar under en relativt tyst del av solens 11-åriga aktivitetscykel, kommer det att ge en sällsynt bild av solpolar, tufterna av öppna magnetfält som produceras vid sol- och södra polerna.
"Jag ser också fram emot att jämföra våra observationer av korona som tagits under förmörkelsen ... med förutsägelser som kollegor gör före förmörkelsen baserat på solens magnetfält och solfläckar under föregående månad," sade Pasachoff. Förutsägelserna och observationerna kommer att kombineras i datorbilder när förmörkelsen har avslutats.
Solens temperatur förändras också under den 11-åriga cykeln. Genom att mäta överhettat järn i korona kan teamet mäta koronans totala temperatur för att studera hur det har varierat över tid.
"Solar Wind Sherpas"
Ett andra team av forskare känt som "Solar Wind Sherpas" kommer att studera solens korona från tre olika platser över hela Sydamerika. Ledd av astronomen Shadia Habbal från University of Hawai'i kommer denna grupp att studera solen från Cerro Tololo och två andra platser i Argentina. Förutom att öka chanserna för att kunna observera solen i klart väder, med flera platser kommer forskarna också att kunna mäta förändringar i koronstrukturen som inträffar under mycket små tidsskalor.
Planen är inte ny. Habbais team använde en liknande strategi under den 21 augusti 2017 totala solförmörkelsen över USA. Deras mål är att öka utbudet av instrument som används i observationerna och att studera olika våglängder som ännu inte har studerats.
Astronomerna planerar att använda flera våglängdsavbildning och spektroskopiska mätningar, som bryter ljuset i dess komponentvåglängder, för att upptäcka den kemiska sammansättningen, temperaturen, densiteten, rörelse som inte är relaterad till värme och utflöden från olika delar av koronaen. Varje attribut kommer att studeras nära solytan, där den största förändringen i det solmagnetiska fältet inträffar och där solvind och koronalmassutsprutningar föds och kastas från solen.
Habbal sade att förmörkelsen är unik "eftersom den inträffar sent på eftermiddagen och solen kommer att vara på mycket låg höjd. Dessutom är solen nära solminimum, så fördelningen av strukturer i solkorona kommer att vara annorlunda än för två år sedan ".
"En stor prestation för medborgarvetenskapen"
Astronomer från National Astronomical Observatory of Japan kommer också att inrätta flera stationer för att studera förmörkelsen. Yoichiro Hanaokas team kommer att genomföra observationer av korona nära ytan, en region som inte är synlig för rymdbaserade observatorier som NASA: s Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) och Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO). Genom att kombinera de markbaserade bilderna med bilderna från rymden kommer Hanaoka och hans kollegor att kunna konstruera en fullständig bild av koronaen.
Hanaokas team kommer inte att vara helt sammansatt av proffs.
"Vi kommer att samarbeta med amatörobservatörer, spridda utmed den totala förmörkelsespåret i Chile och Argentina, för att organisera observationer på flera platser," sade han. Att kombinera alla dessa observationer ger en glimt av hur koronaen förändras över tid. "Det kommer att bli en stor prestation för medborgarnas vetenskap," sade Hanaoka.
Ett polariserande projekt
Koronans magnetfält och strukturer i den spelar en grundläggande roll i rymdväder. Att mäta det solmagnetiska fältets orientering kan hjälpa till med förutsägelser om vad som driver utrymme väderhändelser som CME. Men pålitliga mätningar av magnetfältet är fortfarande en utmaning.
För att mäta solens magnetfält måste forskare mäta polarisationen av ljuset som kommer från solen. Liksom polariserade solglasögon filtrerar polarisatorerna på solteleskop ljuset som inte matchar deras orientering.
"Genom att rotera dessa polarisatorer kan vi sammansätta formen på magnetfältet på solen," säger Paul Bryans, en forskare vid University Corporation for Atmospheric Research som kommer att leda projektet för att studera solens magnetfält. "Detta kommer att hjälpa oss att förstå vilka typer av magnetfältskonfigurationer som kan leda till utbrott," sade han.
Tillbaka på jorden
Medan de första fyra NSF-lagen kommer att vända blicken mot solen, kommer de femte att hålla utsikten fast på jorden. Leds av Miquel Serra-Ricart, en forskare vid Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) i Spanien, kommer teamet att undersöka förändringar i temperaturen i jordens atmosfär, särskilt jonosfären - det övre skiktet som ligger cirka 50 till 600 mil ( 80 till 1 000 kilometer) över jordens yta - när månens skugga rör sig över observatoriet.
"En total solförmörkelse producerar ett brett, runt område med mörker och kraftigt reducerat solljus som färdas över jordens atmosfär i en relativt smal bana under dagen", sa Serra-Ricart. "Dess effekt på solstrålningsintensiteten är anmärkningsvärt lik den som händer vid soluppgång och solnedgång och det skapar förändringar i jordens atmosfär som vi vill mäta."
Teamet kommer att spåra hur mycket och hur snabbt temperaturen sjunker i skuggan när jorden är helt täckt av solen. De kommer också att spåra förändringar i jonosfären för att bättre förstå hur det påverkar nattmottagningen på långa avstånd.
Även om månens skugga kommer att ge en kort nattliknande jonosfär, kommer den att skilja sig från den vanliga kvällsatmosfären.
"Månens skugga är relativt liten på jorden och reser med supersoniska hastigheter. Den kommer sannolikt att ge några intressanta effekter som kan upptäckas på vanliga radioapparater eller små mottagare," sade Serra-Ricart.
Det här är inte första gången jonosfären studeras under en förmörkelse. Under förmörkelsen 1999 över Storbritannien uppmuntrade forskare människor att använda en radio för att spåra förändringarna i den övre atmosfären. Medborgarforskare stämde in på en radiostation i Spanien som detekteras i Storbritannien för att avgöra hur mycket längre radiovågorna reste under förmörkelsen.
"Även om de jonosfäriska effekterna av solförmörkelser har studerats i över 50 år kvarstår många obesvarade frågor. Vi vet ungefär hur detta händer, men inte exakt. Förmörkelsen kommer att ge forskare en chans att undersöka laddnings- och urladdningsprocessen i nästan realtid. "
Redaktörens anmärkning: Om du tar en fantastisk bild av 2 juli 2019 total solförmörkelse och vill dela det med Space.coms läsare, skicka dina foton, kommentarer och ditt namn och plats till [email protected].
- Chasing Solar Eclipses: Q&A With Jay Pasachoff
- Här är vad forskare har lärt sig från totala solförmörkelserna
- Totala solförmörkelser: Hur ofta förekommer de (och varför)?
