L'11 dicembre 2017, sei ricercatori hanno discusso i risultati iniziali basati sulle osservazioni del Sole e della Terra raccolte durante l'eclissi solare che si è estesa in tutto il Nord America il 21 agosto, 2017. A partire da nuove informazioni sul modo in cui l'atmosfera del Sole genera calore, a come il calo dell'energia solare ha influenzato l'atmosfera terrestre, e anche come proteggersi dalla contaminazione di altri pianeti con batteri, i ricercatori hanno condiviso i loro risultati alla riunione autunnale dell'American Geophysical Union, a New Orleans.

"Questa eclissi ci ha dato l'opportunità di cementare l'idea della connessione Sole-Terra, " disse Lika Guhathakurta, che ha guidato gli sforzi scientifici della NASA per l'eclissi del 21 agosto. "Una varietà di nuove osservazioni, strumenti e piattaforme di osservazione sono stati abilitati da questa eclissi. Sarà affascinante vedere come questi si svilupperanno in nuovi piani di ricerca e nuove tecnologie per un uso futuro".

Un momento nell'atmosfera del Sole

Mentre le eclissi solari totali si verificano circa una volta ogni 18 mesi da qualche parte sulla Terra, l'eclissi di agosto è stata rara nel suo lungo percorso sulla terra:l'eclissi totale è durata circa 90 minuti in totale, dal momento in cui ha raggiunto per la prima volta la costa dell'Oregon a quando ha lasciato il continente nordamericano nella Carolina del Sud. questo lungo, il percorso ininterrotto sulla terra ha fornito agli scienziati un raro cambiamento per studiare il Sole e la sua influenza sulla Terra in modi che di solito non sono possibili.

Durante i pochi istanti di un'eclissi solare totale, la corona del Sole, altrimenti troppo debole per essere vista accanto alla sua faccia luminosa, è visibile dalla Terra. Studiamo la corona dallo spazio con strumenti chiamati coronografi, che creano eclissi artificiali utilizzando un disco di metallo per bloccare la faccia del Sole.

Ma le regioni più interne della corona solare in luce bianca sono visibili solo durante le eclissi solari totali. A causa di una proprietà della luce chiamata diffrazione, il disco di un coronografo deve bloccare sia la superficie del Sole che gran parte della corona per ottenere immagini nitide. Ma poiché la Luna è così lontana dalla Terra, circa 230, 000 miglia di distanza durante l'eclissi di agosto:la diffrazione non è un problema, e gli scienziati sono in grado di misurare la corona inferiore in modo molto dettagliato.

Due scienziati hanno parlato alla conferenza stampa della loro ricerca sulla corona:Amir Caspi, uno scienziato spaziale presso il Southwest Research Institute di Boulder, Colorado, e Matt Penn, dell'Osservatorio solare nazionale. Studiare la corona del nostro Sole offre l'opportunità sia di capire cosa guida il suo intenso calore, sia di migliorare la nostra capacità di prevedere quando il Sole potrebbe eruttare con gigantesche esplosioni di materiale solare note come espulsioni di massa coronale, che possono influenzare il nostro ambiente spaziale e, quando è intenso, avere un impatto sui satelliti.

Come ha spiegato Caspi:A seconda della posizione sul terreno, qualcuno che studia il Sole durante l'eclissi del 21 agosto potrebbe raccogliere fino a 2 minuti e 42 secondi di dati. Ma il progetto di Caspi, finanziato dalla NASA, ha preso ispirazione dagli studi precedenti sulle eclissi per allungare ulteriormente quel tempo. Usando un paio di jet della NASA WB-57, Caspi e il suo team hanno avuto una visione ininterrotta della corona solare per poco più di sette minuti e mezzo.

Sebbene fossero stati originariamente progettati per aiutare a monitorare i lanci dello space shuttle, i telescopi, e i getti su cui erano montati, furono un vantaggio sorprendente per la scienza solare.

"Questi strumenti non sono stati costruiti per la scienza; sono stati riutilizzati per la scienza, " ha detto Caspi. "Questo è stato il primo progetto di astronomia in volo sulla piattaforma WB-57."

Questa scienza retrofit rende l'analisi dei dati ancora più impegnativa, poiché le immagini devono essere elaborate e calibrate con attenzione per rivelare dettagli chiave sulle onde magnetiche del Sole e sulla loro relazione con le temperature straordinariamente elevate nella corona solare.

Matt Penn ha anche approfittato del percorso dell'eclissi sulla terra per ottenere una serie unica di osservazioni. Il progetto Citizen CATE, abbreviazione di Continental-America Telescopic Eclipse, comprendeva 68 piccoli telescopi identici sparsi lungo il percorso della totalità e gestiti da scienziati cittadini e studenti.

"Come l'ombra della Luna ha lasciato uno dei nostri telescopi, ha coperto il prossimo nella nostra rete, " disse Penn. "Invece di osservare per due minuti e mezzo, abbiamo potuto osservare per 93 minuti."

Durante l'eclissi, 61 dei 68 telescopi del progetto sono riusciti a catturare immagini coronali, pari a 82 minuti di tempo totale di osservazione sui 93 minuti in cui l'eclissi solare totale è avvenuta sulla terraferma. Questo successo significa che c'è un'enorme quantità di dati da analizzare per il team, sebbene Penn affermi che sono stati in grado di catturare immagini dettagliate delle caratteristiche solari a cui erano più interessati:il vento solare veloce scorre vicino ai poli nord e sud del Sole.

Esplorando la connessione Sole-Terra

Altri scienziati al briefing hanno presentato i risultati sull'impatto dell'eclissi più vicino a casa. In alto nell'atmosfera superiore della Terra, sopra lo strato di ozono, l'intensa radiazione solare crea uno strato di particelle elettrificate chiamato ionosfera. Questa regione dell'atmosfera reagisce ai cambiamenti sia dalla Terra sottostante che dallo spazio sopra. Tali cambiamenti nella bassa atmosfera o nella meteorologia spaziale possono manifestarsi come interruzioni nella ionosfera che possono interferire con i segnali di comunicazione e navigazione.

Greg Earle, della Virginia Tech, ha usato l'eclissi come un laboratorio naturale per testare modelli degli effetti della ionosfera su questi segnali di comunicazione. Earle e il suo team hanno utilizzato modelli al computer per stimare come l'eclissi avrebbe influenzato i segnali radio, principalmente, quanto lontano potevano viaggiare attraverso l'atmosfera prima di esaurirsi. Hanno predetto che l'eclissi avrebbe esteso la gamma dei segnali radio a causa di un calo del numero di particelle energizzate nella ionosfera, simile a ciò che accade di notte. E avevano ragione.

"I dati sono stati una conferma che il nostro modello era sulla strada giusta, " disse Earle. "Durante l'eclissi, i segnali radio si propagarono molto, molto più lontano di quanto non facciano in un giorno normale."

Earle e il suo team hanno utilizzato una serie di trasmettitori e ricevitori radio per testare la portata dei segnali radio durante l'eclissi:due stazioni radar preesistenti, quattro siti di antenne costruiti su misura, e rapporti di migliaia di radioamatori di tutto il Nord America, che hanno offerto volontariamente le loro osservazioni nell'ambito di un concorso organizzato in collaborazione con l'American Radio Relay League.

La convalida di questo modello della ionosfera è un passo avanti verso la comprensione di cambiamenti meno prevedibili nella ionosfera che possono avere un impatto sull'affidabilità delle nostre comunicazioni e dei segnali di navigazione.

Angela Des Jardins della Montana State University ha parlato al briefing sul progetto Eclipse Ballooning, che ha fatto volare palloncini attraverso la bassa atmosfera terrestre durante l'eclissi. Se hai visto l'eclissi online il 21 agosto, alcune delle riprese dal vivo che hai visto potrebbero provenire da questi palloncini. I palloni, volati a più di 100, 000 piedi da 55 squadre di studenti universitari e delle scuole superiori, hanno fornito il primo filmato dal vivo di un'eclissi da questa regione dell'atmosfera. Oltre a fornire splendide viste, hanno anche permesso una scienza unica.

Il progetto ha incorporato voli in mongolfiera da una dozzina di località per formare un'immagine di come la bassa atmosfera terrestre, la parte con cui interagiamo e che influenza direttamente il nostro tempo, ha reagito all'eclissi. Questi dati hanno rivelato che lo strato limite planetario, la parte più bassa dell'atmosfera terrestre, scese quasi alla sua altitudine notturna durante l'eclissi.

Diverse dozzine di palloncini eclissi hanno anche volato carte contenenti batteri innocui per aiutarci a capire potenziali problemi di contaminazione planetaria.

"Non vogliamo contaminare altri pianeti quando inviamo robot, o anche umani, quindi dobbiamo capire se la vita microscopica, come batteri, potrebbe sopravvivere su Marte, " disse Des Jardins.

In molti modi, La stratosfera terrestre è simile all'ambiente sulla superficie di Marte, con un'eccezione principale:la quantità di luce solare. Ma durante l'eclissi, il livello di luce solare è sceso a qualcosa di più vicino a quello che ti aspetteresti di vedere su Marte, fornendo l'ambiente perfetto per testare la robustezza di questi potenziali invasori di Marte. Gli scienziati stanno esaminando i dati di questo esperimento, e spero di avere risultati da pubblicare entro i prossimi mesi.

Jay Herman, Scienziato capo dell'EPIC presso la NASA Goddard, presentato su come l'evento del 21 agosto ha dato agli scienziati l'opportunità di studiare gli effetti dell'eclissi che blocca parte della luce solare che raggiunge la Terra. Questo è un passo per misurare in modo più accurato il ruolo delle nuvole nella regolazione della quantità di energia solare che raggiunge la superficie terrestre, e quanto si riflette nello spazio. I programmi per computer possono stimare l'impatto di diversi tipi di nuvole sul bilancio energetico della Terra, e un evento come l'eclissi, dove la Luna agisce come un gigante, cloud impenetrabile—può migliorare quei programmi.

Il Deep Space Climate Observatory, un veicolo spaziale della National Oceanic and Atmospheric Administration che orbita a 1 milione di miglia dalla Terra ed è sempre posizionato tra la Terra e il Sole, ha fornito una piattaforma unica per visualizzare l'eclissi e il suo impatto. Trasporta uno strumento della NASA chiamato Earth Polychromatic Imaging Camera, o EPICO, che misura diverse lunghezze d'onda della luce riflessa dalla Terra.

Quando Herman e i suoi colleghi hanno misurato la quantità di luce riflessa durante l'eclissi, hanno scoperto che è stato ridotto del 10% in tutto il mondo. Regolare, i giorni senza eclissi in genere variano di meno dell'1 percento, in confronto.

E altro ancora...

Molti altri scienziati, con il supporto della NASA, hanno approfittato dell'eclissi per condurre nuovi studi sul Sole e sulla Terra il 21 agosto.

Ricerca solare

Un gruppo finanziato dalla NASA guidato da Shadia Habbal presso l'Università delle Hawaii ha trovato materiale atipicamente freddo nella corona sopra un'area in cui era appena scoppiata un'espulsione di massa coronale sulla superficie, prima dell'eclissi. Questa scoperta sta aiutando gli scienziati a comprendere la fisica dei plasmi dinamici nella corona.

A Madras, Oregon, un team di scienziati della NASA guidati da Nat Gopalswamy del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, ha indicato un nuovo, telecamera di polarizzazione specializzata sulla corona, scattare 50 immagini a quattro diverse lunghezze d'onda in poco più di due minuti. Le immagini hanno catturato dati sulla temperatura e la velocità del materiale solare nella corona.

I tipici coronografi utilizzano un filtro polarizzatore in un meccanismo che ruota di tre angoli, uno dopo l'altro, per ogni filtro di lunghezza d'onda. La nuova fotocamera è stata progettata per eliminare questo lungo processo, incorporando migliaia di minuscoli filtri di polarizzazione per leggere la luce polarizzata in direzioni diverse contemporaneamente.

I risultati del team erano coerenti con quelli delle precedenti eclissi osservate dai più anziani, telecamere di polarizzazione più ingombranti, dimostrando con successo che lo strumento può essere utilizzato per ottenere misurazioni accurate senza una ruota di polarizzazione. Con ulteriori test e sviluppo, la fotocamera del gruppo alla fine maturerà in uno strumento destinato al volo spaziale.

Paul Bryans, uno scienziato all'UCAR, ha guidato un altro progetto finanziato dalla NASA per studiare il Sole durante l'eclissi di agosto. Sono stati in grado di catturare uno spettro della corona solare a lunghezze d'onda che vanno da circa 1 a 5 micron, lunghezze d'onda molto più lunghe di quelle che costituiscono i tipi di luce che i nostri occhi possono vedere. Questo spettro è una misura non fatta spesso, e Bryans e il suo team sperano che rivelerà caratteristiche interessanti sull'atmosfera del Sole.

Il team di Bryans si è anche concentrato sull'acquisizione di immagini della cromosfera, la parte dell'atmosfera del Sole al di sotto della corona, appena prima e dopo la totalità, quando sarebbe visibile oltre il bordo della Luna senza essere sopraffatto dal volto luminoso del Sole.

"Una delle cose interessanti che abbiamo fatto finora è confrontare i risultati con altri esperimenti di eclissi, " ha detto Bryans. In particolare, confrontando i loro dati con quelli raccolti da un esperimento aereo della National Science Foundation, possono individuare quali parti dello spettro solare sono promettenti per futuri studi a terra. "Una delle cose che dobbiamo sapere è esattamente quali lunghezze d'onda assorbe l'aria:se l'atmosfera terrestre assorbe la luce che stai cercando, non ha senso."

Filippo Giudice, anche dall'Osservatorio d'Alta Quota, ha guidato una squadra in stretta collaborazione con Bryans per studiare la corona e la cromosfera del Sole con gli spettrografi, strumenti che classificano la luce in base alle lunghezze d'onda componenti, per vedere le impronte digitali lasciate dal campo magnetico del Sole. Questo spettro flash cromosferico, registrato con una risoluzione temporale senza precedenti, consente al team di studiare la cromosfera in funzione dell'altezza su scale fino a pochi chilometri. L'analisi di questi dati è in corso.

Judge si è anche coordinato con l'esperimento Airborne Infrared Spectrometer di Smithsonian. I risultati preliminari di questo progetto mostrano due linee di emissione della corona mai viste prima. Questi dati sono stati anche calibrati in modo incrociato con i coronografi a terra utilizzati quotidianamente al di fuori dell'eclissi e stanno fornendo ai ricercatori una chiara comprensione della relazione tra l'emissione della corona e la luce che l'atmosfera terrestre assorbe.

Lavorando insieme al progetto Citizen CATE in due siti di telescopi, Padma Yanamandra-Fisher e il suo team hanno utilizzato l'eclissi di agosto per misurare la luce polarizzata dalla corona solare interna, che può essere osservato solo da terra durante un'eclissi solare totale. Lo studio della corona interna del Sole in luce polarizzata aiuta gli scienziati a tracciare le tracce dell'attività solare che possono aiutare a spiegare le temperature straordinariamente alte della corona.

L'analisi iniziale mostra che la polarizzazione era maggiore lungo l'equatore del Sole, mostrando dove gli elettroni liberi erano più abbondanti, così come altre caratteristiche della corona. Hanno anche scoperto che una struttura di materiale espulso - una protuberanza - era molto debolmente polarizzata.

Il team di Yanamandra-Fisher combinerà anche i propri dati con quelli di Citizen CATE per aiutare a far luce sulla variabilità a breve termine della corona solare, che avviene nell'arco di poche ore.

"Il set di dati che abbiamo acquisito da uno dei nostri due siti è uno dei migliori set di dati di polarizzazione visibile della corona interna disponibili in questo momento, perché avevamo un sito di osservazione incontaminato a Tetonia, Idaho, e un grande esempio di collaborazione di osservatori professionisti e dilettanti, " disse Yanamandra-Fisher.

Ricerca Ionosferica

Mentre l'ombra si muoveva attraverso il paese, tagliando la solita fonte di radiazioni ionizzanti della ionosfera, un team guidato da Phil Erickson dell'Haystack Observatory del Massachusetts Institute of Technology ha osservato onde circolari di prua, disturbi nella densità elettronica della regione, chiamati per la loro somiglianza con le onde che una barca fa mentre attraversa l'acqua. Queste onde accelerarono lungo il percorso della totalità a 300 miglia al secondo. I disturbi ionosferici in viaggio sono talvolta responsabili dei modelli meteorologici spaziali nell'atmosfera superiore, e sono spesso legati alle onde gravitazionali atmosferiche.

"Le nostre misurazioni ionosferiche durante l'eclissi di agosto 2017 sono andate estremamente bene. Il radar ionosferico ad alta potenza a Millstone Hill, nel Massachusetts orientale, ha funzionato perfettamente per cinque giorni intorno all'eclissi, misurare la densità ionosferica, temperatura, e velocità in testa e anche in diverse direzioni sulla costa orientale, " disse Erickson. "Inoltre, il nostro software a contenuto totale di elettroni basato su GPS ha prodotto mappe ad ampia copertura della risposta ionosferica sull'intero continente nordamericano. Entrambi questi set di dati hanno molte caratteristiche affascinanti, alcuni dei quali erano inaspettati."

Bob Marshall e la sua squadra, dell'Università del Colorado Boulder, sondato la risposta della regione D della ionosfera all'eclissi con frequenza molto bassa, o VLF, segnali radio. Questa è la parte più bassa e meno densa della ionosfera, e per questo motivo, il meno compreso.

La raccolta dei dati è andata bene, Marshall ha detto, e il gruppo ha ottenuto tutti i dati che sperava. Il team ha raccolto i segnali del trasmettitore VLF che viaggiano lungo il percorso della totalità a Boulder; Lago dell'orso, Utah; ed Elginfield, Ontario, Canada. Tutte le osservazioni hanno mostrato chiare firme dell'eclisse, così come un brillamento solare inaspettato.

"Stiamo continuando a mettere insieme le simulazioni del modello per convalidare queste osservazioni VLF dell'eclissi, "Ha detto Marshall. "Il modello è piuttosto complicato e complesso, ma stiamo facendo grandi progressi".