Повне сонячне затемнення може розгадати дивну таємницю Сонця

8 квітня по всій Північній Америці відбувається повне сонячне затемнення. Ці події відбуваються, коли Місяць проходить між Сонцем і Землею, повністю закриваючи обличчя Сонця. Це занурює спостерігачів у темряву, схожу на світанок чи сутінки. Під час майбутнього затемнення повний шлях, де спостерігачі відчувають найтемнішу частину місячної тіні (тінь), перетинає Мексику, пролягаючи дугою на північний схід через Техас, Середній Захід і ненадовго заходячи в Канаду, перш ніж закінчитися в Мені.

Повні сонячні затемнення відбуваються приблизно кожні 18 місяців у певному місці на Землі. Останнє повне сонячне затемнення, яке перетнуло США, відбулося 21 серпня 2017 року. Міжнародна група вчених на чолі з Університетом Аберіствіту проводитиме експерименти неподалік від Далласа, у місці на шляху до повноти. Команда складається з аспірантів і дослідників з Університету Аберіствіта, Центру космічних польотів NASA Goddard у Меріленді та Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені.

Є цінні наукові дослідження під час затемнень, які можна порівняти або перевершити, ніж ми можемо досягти за допомогою космічних місій. Наші експерименти також можуть пролити світло на давню загадку про найвіддаленішу частину атмосфери Сонця – її корону.

Під час повного сонячного затемнення інтенсивне світло Сонця блокується Місяцем. Це означає, що ми можемо спостерігати слабку корону Сонця з неймовірною чіткістю з відстаней, дуже близьких до Сонця, до кількох сонячних радіусів. Один радіус — це відстань, еквівалентна половині діаметра Сонця, приблизно 696 000 км (432 000 миль).

Без затемнення виміряти корону надзвичайно важко. Для цього потрібен спеціальний телескоп, який називається коронографом і призначений для блокування прямого сонячного світла. Це дозволяє розрізняти слабше світло від корони. Чіткість вимірювань затемнень перевершує навіть коронографи в космосі.

Ми також можемо спостерігати за короною з відносно невеликим бюджетом порівняно, наприклад, з місіями космічних кораблів. Постійною загадкою про корону є те, що вона набагато гарячіша за фотосферу (видиму поверхню Сонця).

Коли ми віддаляємося від гарячого об’єкта, температура навколишнього середовища повинна знижуватися, а не підвищуватися. Як корона нагрівається до таких високих температур, це питання, яке ми будемо досліджувати. У нас є два основних наукових інструменти. Перший з них — це Cip (корональний поляриметр). Cip також є валлійським словом, що означає «погляд» або «швидкий погляд». Прилад робить зображення корони Сонця за допомогою поляризатора.

Світло, яке ми хочемо виміряти від корони, сильно поляризоване, що означає, що воно складається з хвиль, які вібрують в одній геометричній площині. Поляризатор — це фільтр, який пропускає світло з певною поляризацією, блокуючи світло з іншими поляризаціями.

Зображення Cip дозволять нам виміряти фундаментальні властивості корони, такі як її щільність. Це також проллє світло на такі явища, як сонячний вітер. Це потік субатомних частинок у формі плазми – перегрітої матерії – безперервно тече назовні від Сонця. Cip може допомогти нам визначити джерела в атмосфері Сонця для певних потоків сонячного вітру.

Прямі вимірювання магнітного поля в атмосфері Сонця складні. Але дані про затемнення повинні дозволити нам вивчити його дрібномасштабну структуру та простежити напрямок поля. Ми зможемо побачити, як далеко простягаються від Сонця магнітні структури, які називаються великими «замкнутими» магнітними петлями. Це, своєю чергою, дасть нам інформацію про великомасштабні магнітні умови в короні.

Другий прилад — Чілс (корональний лінійчатий спектрометр високої роздільної здатності). Він збирає спектри високої роздільної здатності, де світло поділяється на складові кольори. Тут ми шукаємо конкретну спектральну ознаку заліза, випромінюваного короною.

Він складається з трьох спектральних ліній, де світло випромінюється або поглинається у вузькому діапазоні частот. Кожен з них генерується в різному діапазоні температур (у мільйонах градусів), тому їх відносна яскравість говорить нам про температуру корони в різних регіонах.

Картографування температури корони інформує передові комп’ютерні моделі про її поведінку. Ці моделі повинні включати механізми того, як корональна плазма нагрівається до таких високих температур. Такі механізми можуть включати, наприклад, перетворення магнітних хвиль на теплову енергію плазми. Якщо ми покажемо, що деякі регіони гарячіші за інші, це можна відтворити в моделях.

Цьогорічне затемнення також відбувається під час підвищеної сонячної активності, тому ми могли спостерігати корональний викид маси (CME). Це величезні хмари намагніченої плазми, які викидаються з атмосфери Сонця в космос. Вони можуть вплинути на інфраструктуру поблизу Землі, спричинивши проблеми для життєво важливих супутників.

Багато аспектів CME погано вивчені, включаючи їх ранню еволюцію поблизу Сонця. Спектральна інформація про CME дозволить нам отримати інформацію про їхню термодинаміку, а також про їхню швидкість і розширення поблизу Сонця.

Наші інструменти затемнення нещодавно були запропоновані для космічної місії під назвою Місяць із закриттям Сонця (Mesom). План полягає в тому, щоб облетіти Місяць, щоб отримати більш часті та тривалі спостереження за затемненнями. Це планується як місія космічного агентства Великобританії за участю кількох країн, але під керівництвом Університетського коледжу Лондона, Університету Суррея та Університету Аберіствіта.

Ми також матимемо вдосконалену комерційну 360-градусну камеру для збору відеозаписів затемнення 8 квітня та місця спостереження. Відео є цінним для громадських заходів, де ми висвітлюємо нашу роботу, і допомагає викликати інтерес громадськості до нашої місцевої зірки, Сонця.