Goniąc zaćmienie za pomocą rakiet sondujących i samolotów latających na dużych wysokościach

Zapisz się na biuletyn naukowy CNN dotyczący teorii cudów. Eksploruj wszechświat dzięki wiadomościom o fascynujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.

CNN
—

Zaćmienia budzą podziw i zbliżają ludzi do obserwacji niesamowitego zjawiska niebieskiego, ale te kosmiczne wydarzenia pozwalają także naukowcom odkryć tajemnice Układu Słonecznego.

Podczas Całkowite zaćmienie słońca Kiedy 8 kwietnia Księżyc chwilowo zasłoni twarz Słońca Z oczu milionów ludzi Meksyk, Stany Zjednoczone i Kanadazostanie przeprowadzonych wiele eksperymentów, aby lepiej zrozumieć niektóre z największych nierozwiązanych pytań dotyczących złotej kuli.

NASA wystrzeli rakiety sondujące i samolot WB-57 na duże wysokości, aby przeprowadzić badania nad aspektami Słońca i Ziemi, które można osiągnąć jedynie podczas zaćmienia. Wysiłki te wpisują się w długą historię prób gromadzenia bezcennych danych i obserwacji, gdy Księżyc chwilowo blokuje światło słoneczne.

Być może jeden z najsłynniejszych naukowych kamieni milowych związanych z zaćmieniem miał miejsce 29 maja 1919 r., kiedy całkowite zaćmienie słońca dostarczyło dowodów na jego wystąpienie. Ogólna teoria względności Alberta Einsteinaktóry po raz pierwszy został systematycznie opisany przez naukowca w 1916 r., wg NASA.

Einstein zasugerował, że grawitacja jest wynikiem zniekształceń czasu i przestrzeni, zniekształcających samą strukturę wszechświata. Na przykład Einstein zasugerował, że wpływ grawitacyjny dużego obiektu, takiego jak Słońce, może odchylać światło od innego obiektu, takiego jak gwiazda, znajdującego się mniej więcej za nim, powodując, że obiekt wydaje się nieco odległy z perspektywy Ziemi. Naukowa ekspedycja obserwacji gwiazd z Brazylii i Afryki Zachodniej, prowadzona przez angielskiego astronoma Sir Arthura Eddingtona podczas zaćmienia w 1919 roku, ujawniła, że ​​niektóre gwiazdy w rzeczywistości pojawiły się w niewłaściwym miejscu, co potwierdza teorię Einsteina.

To odkrycie to tylko jedna z wielu lekcji naukowych dotyczących zaćmienia.

Podczas Zaćmienie słońca w 2017 r., które przetoczyło się przez Stany ZjednoczoneNASA i inne agencje kosmiczne przeprowadziły obserwacje przy użyciu 11 różnych statków kosmicznych i dwóch samolotów lecących na dużych wysokościach.

Dane zebrane podczas tego zaćmienia pomogły naukowcom dokładnie przewidzieć, jak korona, czyli gorąca zewnętrzna atmosfera Słońca, będzie wyglądać podczas zaćmień w latach 2019 i 2021. Pomimo palących temperatur korona jest jaśniejsza niż jasna powierzchnia Słońca, ale pojawia się jako aureola wokół Słońca podczas zaćmienia, gdy Księżyc blokuje większość światła słonecznego, co ułatwia badanie.

Dlaczego korona jest o miliony stopni gorętsza niż rzeczywista powierzchnia Słońca, jest jedną z trwałych tajemnic naszej gwiazdy. Badanie przeprowadzone w 2021 roku ujawniło kilka nowych wskazówek, pokazując, że korona utrzymuje stałą temperaturę, mimo że Słońce przechodzi 11-letni cykl wzrostu i zaniku aktywności. Jak podaje amerykański portal „space”, wyniki te były możliwe dzięki obserwacjom zaćmień prowadzonym przez ponad dekadę. NASA.

Podczas gdy słońce jest cichsze podczas poprzednich zaćmień, osiąga szczyt swojej aktywności. Nazywa się to maksimum słonecznymW tym roku naukowcy mają rzadką szansę.

Podczas zaćmienia słońca 8 kwietnia br. Naukowcy-obywatele I Zespoły badaczy mogą dokonać nowych odkryć Co prawdopodobnie poprawi nasze zrozumienie naszego zakątka wszechświata.

Obserwacja Słońca podczas zaćmienia pomaga także naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób materia słoneczna wypływa ze Słońca. Naładowane cząstki zwane plazmą tworzą pogodę kosmiczną, która oddziałuje z górną warstwą atmosfery ziemskiej, zwaną jonosferą. Region pełni rolę granicy między niższą atmosferą Ziemi a przestrzenią kosmiczną.

Aktywna aktywność słoneczna uwalniana przez Słońce podczas maksimum słonecznego może zakłócać działanie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i infrastruktury komunikacyjnej. Wiele satelitów znajdujących się na niskiej orbicie okołoziemskiej wykorzystuje fale radiowe w jonosferze, co oznacza, że ​​dynamiczna pogoda kosmiczna ma wpływ na GPS i długodystansową komunikację radiową.

Eksperymenty mające na celu badanie jonosfery podczas zaćmienia obejmują balony na dużych wysokościach i obywatelskie przedsięwzięcie naukowe o nazwie Udział radioamatorów. Operatorzy w różnych lokalizacjach będą rejestrować siłę swoich sygnałów i odległość, jaką przemieszczają się podczas zaćmienia, aby zobaczyć, jak zmiany w jonosferze wpływają na sygnały. Naukowcy przeprowadzili ten eksperyment również podczas zaćmienia pierścienia w październiku 2023 r., kiedy Księżyc nie zasłonił całkowicie światła słonecznego, a dane są nadal analizowane.

W innym powtarzanym eksperymencie Wystrzelone zostaną trzy rakiety sondujące odpowiednio z należącego do NASA obiektu Wallops Flight Facility w Wirginii przed, w trakcie i po zaćmieniu, aby zmierzyć, jak nagły zanik światła słonecznego wpływa na górne warstwy atmosfery Ziemi.

Aroh Barjatya, profesor fizyki inżynieryjnej na Uniwersytecie Lotniczym Embry-Riddle w Daytona Beach na Florydzie, prowadzi eksperyment zwany turbulencjami atmosferycznymi wokół ścieżki zaćmienia, który po raz pierwszy przeprowadzono podczas obrączkowego zaćmienia Słońca w październiku.

Każda rakieta wyrzuci na całą trajektorię cztery instrumenty naukowe wielkości butelki po napojach gazowanych, aby zmierzyć zmiany temperatury jonosfery, gęstości cząstek oraz pola elektrycznego i magnetycznego na wysokości od około 90 do 500 kilometrów nad powierzchnią Ziemi.

„Zrozumienie jonosfery i opracowanie modeli, które pomogą nam przewidywać zakłócenia, mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia sprawnego funkcjonowania naszego coraz bardziej zależnego od komunikacji świata” – stwierdził Barjatya w oświadczeniu.

Podczas lotu rakiety sondujące osiągną maksymalną wysokość 260 mil (420 kilometrów).

Podczas zaćmienia pierścienia w 2023 roku instrumenty na rakietach zmierzyły ostre i natychmiastowe zmiany w jonosferze.

„Zaobserwowaliśmy zakłócenia mogące mieć wpływ na komunikację radiową w drugiej i trzeciej rakiecie, ale nie podczas pierwszej rakiety, która miała miejsce przed szczytem lokalnego zaćmienia” – powiedział Barjatya. „Jesteśmy bardzo podekscytowani możliwością ponownego uruchomienia go podczas całkowitego zaćmienia, aby sprawdzić, czy zakłócenia zaczynają się na tej samej wysokości oraz czy ich rozmiar i skala pozostają takie same”.

Na należącym do NASA wysokogórskim samolocie badawczym znanym jako WB-57 zostaną przeprowadzone trzy różne eksperymenty.

WB-57 mogą przenosić instrumenty naukowe o masie prawie 9 000 funtów (4082 kg) na wysokość od 18 288 do 19 812 metrów nad powierzchnią Ziemi, powiedział Peter Layshock, kierownik programu badań powietrznych NASA. Podstawa programu badań powietrznych NASA. . Program badań na dużych wysokościach WB-57 w Johnson Space Center w Houston.

Korzyści z używania samolotu WB-57 są takie, że pilot i operator sprzętu mogą latać nad chmurami przez około 6 i pół godziny bez tankowania w ramach ścieżki całkowitej rozciągającej się przez Meksyk i Stany Zjednoczone, co pozwala na ciągłą i niczym niezakłóconą obserwację. Tor lotu samolotów oznacza, że ​​instrumenty będą przebywać w cieniu Księżyca dłużej niż na Ziemi. Layshock powiedział, że cztery minuty całkowitego zaćmienia na Ziemi odpowiadają sześciu minutom całkowitego zaćmienia na pokładzie.

Jeden z eksperymentów skupi się także na jonosferze za pomocą instrumentu zwanego jonosferą, który działa jak radar, wysyłając sygnały radiowe o wysokiej częstotliwości i nasłuchując echa odbijającego się od jonosfery, aby zmierzyć liczbę zawartych w niej naładowanych cząstek.

Pozostałe dwa eksperymenty skupią się na koronie. W jednym z projektów kamery i spektrometry pozwolą ujawnić więcej szczegółów na temat temperatury i składu chemicznego korony, a także zebrać dane na temat dużych eksplozji materii słonecznej ze Słońca, znanych jako koronalne wyrzuty masy.

Inny projekt, kierowany przez Amira Kaspi, głównego naukowca z Southwest Research Institute w Boulder w Kolorado, ma na celu uchwycenie obrazów zaćmienia z wysokości 50 000 stóp (15 240 metrów) nad powierzchnią Ziemi w nadziei na wyśledzenie struktur i szczegółów wewnątrz Ziemi. Wieniec środkowy i dolny. Wykorzystując szybkie kamery o wysokiej rozdzielczości, zdolne do wykonywania zdjęć w świetle widzialnym i podczerwonym, w eksperymencie będą także wyszukiwane asteroidy krążące w świetle słonecznym.

„W podczerwieni tak naprawdę nie wiemy, co zobaczymy, i to jest część zagadki związanej z tymi rzadkimi obserwacjami” – powiedział Caspi. „Każde zaćmienie daje ci nową możliwość poszerzenia wiedzy, wykorzystując to, czego nauczyłeś się podczas ostatniego zaćmienia i rozwiązując nowy element układanki”.