Eclipse: Waarom wetenschappers op grote hoogte klinkende raketten en vliegtuigen gebruiken

Eclipsen wekken ontzag op en brengen mensen samen om een ​​verbazingwekkend hemels fenomeen waar te nemen, maar deze kosmische gebeurtenissen stellen wetenschappers ook in staat de geheimen van het zonnestelsel te ontrafelen.

Tijdens de totale zonsverduistering op 8 april, wanneer de maan tijdelijk het gezicht van de zon aan het zicht onttrekt voor miljoenen mensen in Mexico, de Verenigde Staten en Canada, zullen meerdere experimenten worden uitgevoerd om enkele van de grootste onbeantwoorde vragen over de zon beter te begrijpen. gouden eclips. bol.

NASA zal sonderingsraketten en WB-57-vliegtuigen op grote hoogte lanceren om onderzoek te doen naar aspecten van de zon en de aarde die alleen tijdens een zonsverduistering kunnen worden bereikt. Deze inspanningen maken deel uit van een lange geschiedenis van pogingen om waardevolle gegevens en observaties te verzamelen wanneer de maan tijdelijk zonlicht blokkeert.

Misschien wel een van de beroemdste wetenschappelijke mijlpalen in verband met de zonsverduistering vond plaats op 29 mei 1919, toen een totale zonsverduistering bewijs leverde voor de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, die de wetenschapper volgens NASA voor het eerst systematisch beschreef in 1916.

Einstein had gesuggereerd dat zwaartekracht het resultaat is van vervormingen van tijd en ruimte, waardoor de structuur van het universum wordt verstoord. Einstein suggereerde bijvoorbeeld dat de zwaartekrachtsinvloed van een groot object zoals de zon het licht van een ander object, zoals een ster, die er ongeveer achter ligt, zou kunnen afbuigen, waardoor het object enigszins ver verwijderd lijkt van het perspectief van de aarde. Een wetenschappelijke sterrenkijkexpeditie vanuit Brazilië en West-Afrika, onder leiding van de Engelse astronoom Sir Arthur Eddington tijdens de zonsverduistering van 1919, onthulde dat sommige sterren feitelijk op de verkeerde plaats verschenen, wat de theorie van Einstein bevestigde.

Deze ontdekking is slechts een van de vele wetenschappelijke lessen die we hebben geleerd over de eclips.

Tijdens de eclips van 2017 die de Verenigde Staten doorkruiste, voerden NASA en andere ruimtevaartorganisaties observaties uit met behulp van elf verschillende ruimtevaartuigen en twee vliegtuigen op grote hoogte.

Gegevens verzameld tijdens deze eclips hielpen wetenschappers nauwkeurig te voorspellen hoe de corona, of de hete buitenatmosfeer van de zon, eruit zal zien tijdens eclipsen in 2019 en 2021. Ondanks de verzengende temperaturen ziet de corona er zwakker uit dan het heldere oppervlak van de zon, maar tijdens een zonsverduistering verschijnt hij als een halo rond de zon, wanneer de maan het grootste deel van het zonlicht blokkeert, waardoor het gemakkelijker wordt om deze te bestuderen.

Waarom de corona miljoenen graden heter is dan het werkelijke oppervlak van de zon, is een van de blijvende mysteries over onze ster. Een onderzoek uit 2021 bracht enkele nieuwe aanwijzingen aan het licht, waaruit blijkt dat de corona een constante temperatuur handhaaft, ook al doorloopt de zon een cyclus van elf jaar van toenemende en afnemende activiteit. Deze resultaten waren volgens NASA mogelijk dankzij meer dan een decennium aan eclipswaarnemingen.

Terwijl de zon tijdens eerdere eclipsen stiller was, bereikt de zon dit jaar zijn piekactiviteit, het zogenaamde zonnemaximum, wat wetenschappers een zeldzame kans biedt.

Tijdens de zonsverduistering op 8 april konden burgerwetenschappers en teams van onderzoekers nieuwe ontdekkingen doen die ons begrip van onze hoek van het universum zullen vergroten.

Stuur raketten naar de eclips

Het observeren van de zon tijdens een zonsverduistering helpt wetenschappers ook beter te begrijpen hoe zonnemateriaal uit de zon stroomt. Geladen deeltjes, bekend als plasma, creëren ruimteweer dat interageert met de bovenste laag van de atmosfeer van de aarde, de ionosfeer genoemd. Het gebied fungeert als grens tussen de lagere atmosfeer en de ruimte van de aarde.

Actieve zonneactiviteit die door de zon vrijkomt tijdens het zonnemaximum kan het internationale ruimtestation en de communicatie-infrastructuur verstoren. Veel satellieten in een lage baan om de aarde werken met radiogolven in de ionosfeer, wat betekent dat dynamisch ruimteweer invloed heeft op GPS en radiocommunicatie over lange afstanden.

Experimenten om de ionosfeer tijdens de zonsverduistering te bestuderen omvatten onder meer ballonnen op grote hoogte en een burgerwetenschappelijk onderzoek waarbij de deelname van amateurradio-operators wordt uitgenodigd. Operators op verschillende locaties zullen de sterkte van hun signalen registreren en hoe ver ze reizen tijdens de zonsverduistering om te zien hoe veranderingen in de ionosfeer de signalen beïnvloeden. De onderzoekers voerden dit experiment ook uit tijdens de ringvormige zonsverduistering in oktober 2023, toen de maan het zonlicht niet volledig blokkeerde en de gegevens nog steeds worden geanalyseerd.

Elk van NASA's WB-57-onderzoeksvliegtuigen op grote hoogte wordt bestuurd door één piloot, met een instrumentspecialist op de achterbank. (Bill Stafford/NASA via CNN Newssource)

Bill Stafford/NASA via CNN NewsourceIn een ander herhaald experiment zullen drie sonderingsraketten achter elkaar worden gelanceerd vanaf NASA's Wallops Flight Facility in Virginia vóór, tijdens en na de zonsverduistering om te meten hoe het plotselinge verdwijnen van zonlicht de bovenste atmosfeer van de aarde beïnvloedt.

Aroh Barjatya, hoogleraar technische natuurkunde aan de Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Florida, leidt het experiment genaamd atmosferische turbulentie rond het eclipspad, dat voor het eerst werd uitgevoerd tijdens een ringvormige zonsverduistering in oktober.

Elke raket zal binnen het totale traject vier wetenschappelijke instrumenten ter grootte van een frisdrankfles uitwerpen om veranderingen in de ionosferische temperatuur, deeltjesdichtheid en elektrische en magnetische velden te meten op een hoogte van ongeveer 90 tot 500 kilometer boven het aardoppervlak.

“Het begrijpen van de ionosfeer en het ontwikkelen van modellen om ons te helpen verstoringen te voorspellen zijn van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat onze steeds meer van communicatie afhankelijke wereld soepel verloopt”, zei Barjatya in een verklaring.

De sondeerraketten zullen tijdens de vlucht een maximale hoogte van 260 mijl (420 kilometer) bereiken.

Tijdens de ringvormige zonsverduistering van 2023 maten instrumenten op raketten scherpe en onmiddellijke veranderingen in de ionosfeer.

“We zagen verstoringen die de radiocommunicatie konden beïnvloeden in de tweede en derde raket, maar niet tijdens de eerste raket, die vóór de piek van de lokale zonsverduistering was”, zei Barjatya. “We zijn erg enthousiast om het opnieuw te lanceren tijdens de totale zonsverduistering, om te zien of de verstoringen op dezelfde hoogte beginnen en of hun omvang en schaal hetzelfde blijven.”

Vliegen boven de wolken

Er zullen drie verschillende experimenten worden uitgevoerd met NASA's onderzoeksvliegtuig op grote hoogte, bekend als WB-57s.

De WB-57's kunnen bijna 4.082 kg aan wetenschappelijke instrumenten vervoeren tot 60.000 tot 65.000 voet (18.288 tot 19.812 meter) boven het aardoppervlak, zei Peter Layshock, NASA's Airborne Science Program Manager. . WB-57 High Altitude Research Program in het Johnson Space Center in Houston.

De voordelen van het gebruik van WB-57-vliegtuigen zijn dat de piloot en de operator van de uitrusting ongeveer 6 1/2 uur boven de wolken kunnen vliegen zonder te tanken binnen het pad van de totaliteit dat zich uitstrekt over Mexico en de Verenigde Staten, waardoor continu en onbelemmerd zicht mogelijk is. De vliegroute van de vliegtuigen betekent dat de instrumenten zich langer in de schaduw van de maan zullen bevinden dan op aarde. Layshock zei dat vier minuten totale zonsverduistering op aarde gelijk staat aan zes minuten totale zonsverduistering aan boord.

Eén experiment zal zich ook richten op de ionosfeer met behulp van een instrument dat een ionosonde wordt genoemd en dat werkt als een radar door hoogfrequente radiosignalen uit te zenden en naar de echo's te luisteren terwijl deze door de ionosfeer weerkaatsen om te meten hoeveel geladen deeltjes deze bevat.

De andere twee experimenten zullen zich richten op corona. Eén project zal camera's en spectrometers gebruiken om meer details te onthullen over de temperatuur en chemische samenstelling van de coronale, en om gegevens vast te leggen over grote explosies van zonnemateriaal van de zon, bekend als coronale massa-ejecties.

Een ander project, geleid door Amir Kaspi, een hoofdwetenschapper aan het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, heeft tot doel beelden van de zonsverduistering vast te leggen vanaf 15.240 meter boven het aardoppervlak in de hoop structuren en details in de aarde te kunnen bespioneren. Middelste en onderste krans. Met behulp van hogesnelheidscamera's met hoge resolutie, die beelden kunnen maken in zichtbaar en infrarood licht, zal het experiment ook zoeken naar asteroïden die in de schittering van de zon ronddraaien.

“In het infrarood weten we niet echt wat we gaan zien, en dat is een deel van de puzzel van deze zeldzame waarnemingen,” zei Caspi. “Elke zonsverduistering geeft je een nieuwe kans om dingen uit te breiden, terwijl je neemt wat je tijdens de laatste zonsverduistering hebt geleerd en een nieuw stukje van de puzzel oplost.”