Quando l'eclissi solare totale ha colpito gli Stati Uniti il ​​21 agosto, 2017, I satelliti della NASA hanno catturato una serie diversificata di immagini dallo spazio. Ma giorni prima dell'eclissi, alcuni satelliti della NASA hanno anche permesso agli scienziati di prevedere come sarebbe stata la corona, l'atmosfera esterna del Sole, durante l'eclissi, dalla terra. Oltre ad offrire un case study per testare le nostre capacità predittive, le previsioni hanno anche permesso ad alcuni scienziati dell'eclissi di scegliere in anticipo i loro obiettivi di studio.

Scienza predittiva, Inc., San Diego, California, una società privata di ricerca sulla fisica computazionale supportata dalla NASA, la National Science Foundation e l'Air Force Office of Scientific Research, hanno utilizzato i dati del Solar Dynamics Observatory della NASA, o SDO per sviluppare un modello numerico migliorato che simulasse l'aspetto della corona durante l'eclissi totale. Il loro modello utilizza le osservazioni dei campi magnetici sulla superficie del Sole e richiede una grande quantità di risorse di supercalcolo per prevedere come il campo magnetico modella la corona nel tempo.

Quando la corona e il materiale solare si espandono verso l'esterno dal Sole, possono manifestarsi come disturbi nello spazio vicino alla Terra, noto come tempo spaziale. "I modelli di meteorologia spaziale devono essere in grado di caratterizzare la struttura della corona al fine di migliorare le previsioni del percorso e dei possibili impatti di questi eventi, "Ha detto il presidente e scienziato di Predictive Science Jon Linker.

Uno strumento chiave sono i modelli al computer che simulano gli eventi sul Sole prima ancora che accadano. Questo confronto di modelli e osservazioni è un aspetto fondamentale dell'eliofisica, il campo della scienza dedicato alla comprensione del Sole e della sua influenza dinamica in tutto il sistema solare. Senza la possibilità di misurare direttamente la corona, gli eliofisici testano le loro teorie utilizzando complesse simulazioni al computer.

Le eclissi offrono agli scienziati un'opportunità unica di testare tali modelli. Durante l'eclissi totale, la Luna oscurò completamente il volto luminoso del Sole, rivelando la parte più interna della corona, la regione in cui hanno origine le eruzioni solari come le espulsioni di massa coronale, ma è difficile da osservare in circostanze ordinarie. Confrontando le loro previsioni con le osservazioni raccolte durante l'eclissi stessa, i ricercatori possono valutare e migliorare le prestazioni dei loro modelli coronali.

Il modello che i ricercatori di Predictive Science hanno usato per la loro previsione finale dell'eclissi di agosto 2017 era il loro più complesso finora. Oltre alle mappe SDO del campo magnetico solare, ha anche utilizzato le osservazioni SDO di filamenti:strutture a serpentina sulla superficie del Sole composte da freddo, materiale solare denso.

Una maggiore complessità richiede più ore di elaborazione, e ogni simulazione ha richiesto migliaia di processori e ha richiesto circa due giorni di tempo reale per essere completata. Il gruppo di ricerca ha eseguito il proprio modello su diversi supercomputer, comprese le strutture del Texas Advanced Computer Center di Austin, Texas; il San Diego Supercomputer Center in California; e il supercomputer Pleiades presso la struttura di supercalcolo avanzato della NASA presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley, California.

"Sulla base di un confronto molto preliminare, sembra che il modello sia riuscito molto bene a catturare le caratteristiche della corona su larga scala, " ha detto Linker. Nella sua maggiore complessità, il modello dimostra che anche le fini strutture magnetiche del Sole sono intimamente legate alla vasta struttura della corona.

Mentre gli scienziati eseguivano i loro modelli, Osservatorio delle relazioni solari e terrestri della NASA, o astronave STEREO-A, è stato anche in grado di scrutare nel futuro e fornire indizi su come sarebbe stata la corona il giorno dell'eclissi. Mentre l'eclissi si avvicinava, a causa della posizione di STEREO-A dietro il Sole e delle particolari velocità di rotazione del Sole e della Terra, La vista di STEREO-A della corona il 12 agosto 2017, era virtualmente lo stesso che quelli all'interno del sentiero della totalità avrebbero visto nove giorni dopo, il 21 agosto. Cioè, Il punto di osservazione di STEREO-A è di circa nove giorni in anticipo rispetto a quello della Terra.

Gli strumenti chiave di STEREO includono una coppia di coronografi, telescopi che utilizzano un disco metallico chiamato disco occultante per studiare la corona. Proprio come un'eclissi totale, il disco occultante blocca la luce brillante del Sole, permettendo di discernere la corona circostante.

Le immagini del coronagrafo del 12 e del 21 agosto mostrano una grande somiglianza; entrambi presentano una forma dominante a tre stelle filanti. Qui, l'immagine STEREO viene confrontata con un'immagine dell'Osservatorio solare ed eliosferico congiunto ESA/NASA, o SOHO, che è stato posizionato per condividere la visione terrestre della corona il 21 agosto. La leggera differenza nella posizione degli streamer è dovuta al fatto che STEREO-A e SOHO vedono il Sole da angoli leggermente diversi.

"La piccola differenza tra le immagini del 12 e del 21 agosto mostra che l'atmosfera del Sole si evolve molto lentamente, come ci aspettiamo, nella sua fase di declino verso il minimo solare, " disse Angelos Vourlidas, un membro del team scientifico STEREO ed eliofisico presso il Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University di Laurel, Maryland. "Il Sole sta lentamente andando a dormire, ma non in silenzio, come ci ha ricordato la recente ondata di attività solare!"

Il minimo solare è il periodo di minore attività solare nel ciclo naturale di circa 11 anni del Sole. In tempi di maggiore attività solare, la corona dinamica potrebbe essersi evoluta troppo rapidamente per rendere utile tale previsione. Ma in questi tempi prossimi al minimo solare, sia Predictive Science che le previsioni sull'eclissi di STEREO hanno offerto ai ricercatori l'opportunità di migliorare i modelli e la nostra comprensione dell'attività attuale del Sole.