NASA’s WB-57 onderzoeksjets zullen worden gebruikt om de zonsverduistering te bestuderen
Amir Caspi
In heel Noord-Amerika zullen zonnewetenschappers de totale zonsverduistering van april bestuderen om het vreemdste deel van de zon te zien: de corona.
Tijdelijk gezien als een heldere halo die alleen tijdens de totaliteit verschijnt, is hij een miljoen keer zwakker dan de rest van de zon in zichtbaar licht. De corona is ook een miljoen graden heter dan het oppervlak van de zon, dat wil zeggen de fotosfeer, die slechts ongeveer 6000°C bereikt en zich miljoenen kilometers in het zonnestelsel uitstrekt.
In de corona werken de magnetische velden van de zon in op geladen deeltjes en vormen zo complexe vormen die onder andere bekend staan als slingers, lussen en pluimen. Het begrijpen van de corona zal ons helpen de zonnewind te voorspellen, de stroom geladen deeltjes die van de zon de ruimte in wordt geworpen. Dit veroorzaakt poollicht, maar is ook een potentiële bedreiging voor astronauten, satellieten en elektriciteitsnetwerken.
De verwachtingen voor de totale zonsverduistering van 8 april zijn hooggespannen, aangezien de totaliteit – wanneer de zon volledig bedekt is – maximaal 4 minuten en 27 seconden zal duren – de langste periode op land in meer dan tien jaar. Hier zijn enkele experimenten die zullen plaatsvinden.
Zonnewindpotten
Shadia Habbal, een zonneonderzoeker aan het Institute for Astronomy van de Universiteit van Hawaï, jaagt al bijna dertig jaar op zonsverduisteringen, waarbij hij speciale filters en camera’s gebruikt om de temperatuur van deeltjes in het diepste deel van de corona te meten.
Habbals groep, nu bekend als de Solar Wind Sherpa’s, reisde naar plaatsen als de Marshalleilanden, Kenia, Mongolië, de Noorse Spitsbergen-archipel, Antarctica en Libië. Tijdens elke zonsverduistering, waarvan sommige slechts enkele seconden duren, maken Habbal en haar team met behulp van hun filters foto’s van de corona. Door de verschillende golflengten van het licht te bestuderen dat wordt uitgezonden door geladen ijzerdeeltjes in de corona, kunnen ze temperaturen detecteren.
Meestal vertrouwen zonnefysici die de corona bestuderen op coronagrammen van ruimteobservatoria, die een schijf op een telescoop gebruiken om de zon te blokkeren. Maar deze apparaten bestrijken het binnenste deel van de corona, de bron van plasmatorens die protuberansen worden genoemd, en uitbarstingen die coronale massa-ejecties worden genoemd.
‘Waarnemingen tijdens de totaliteit zijn van cruciaal belang’, zegt Habbal. Er is geen andere manier om een deel van de atmosfeer van de zon te zien dat zich continu uitstrekt van het oppervlak tot ten minste vijf zonnestralen. ‘Het is van fundamenteel belang om te begrijpen hoe de zonneatmosfeer begint op de zon en zich vervolgens uitstrekt tot in de interplanetaire ruimte’, zegt ze. Alleen dan kunnen nauwkeurige computermodellen worden bedacht die de corona simuleren en het ruimteweer helpen voorspellen.
De afgelopen jaren heeft Habbals groep een verrassende ontdekking gedaan. Op dit moment is de zon op weg naar het zonnemaximum in 2025, het meest actieve punt in zijn elfjarige cyclus, wanneer de zonnewind aantrekt. Omdat de corona veel groter lijkt tijdens totale zonsverduisteringen op het zonnemaximum, werd aangenomen dat de zonnecyclus en de coronale temperatuur onlosmakelijk met elkaar verbonden waren. Maar misschien is het niet zo eenvoudig.
In 2021 publiceerden Habbal en haar collega’s onderzoek gebaseerd op observaties tijdens 14 totale zonsverduisteringen, waaruit bleek dat de temperatuur van de corona niet afhankelijk is van de zonnecyclus. De magnetische veldlijnen van de zon kunnen open zijn en met de zonnewind naar buiten bewegen, of gesloten zijn, wat warmer is en lussen vormt. “We vonden overal open lijnen, ongeacht de cyclus”, zegt Habbal. Dit betekent dat de corona een ongeveer constante temperatuur heeft.
Hoog vliegers
Slecht weer verhinderde waarnemingen uit 2019. “We hadden regen in Chili in 2020, zeewolken op Antarctica in 2021 en geen zonsverduistering in 2022”, zegt Habbal. Tijdens de Antarctische expeditie stelde teamlid Benedikt Justen voor dat ze de volgende keer een vlieger zouden kunnen laten vliegen die was uitgerust met een spectrometer, die licht in zijn samenstellende golflengten scheidt.
De door NASA gefinancierde vlieger, met een spanwijdte van 6,5 meter, werd met succes getest in West-Australië tijdens de totale zonsverduistering in april 2023. Hij werd gelanceerd aan een kilometerlange kabel die aan het voertuig was bevestigd. “Het was behoorlijk wonderbaarlijk”, zegt Habbal. Door slecht weer vertrok het team slechts 45 minuten voor het totaal voor de eerste keer. “Het was spannend.”
Deze doosvormige vlieger zal een door NASA gefinancierd wetenschappelijk instrument besturen om totale zonsverduisteringen te bestuderen
Klemens Brumann en Benedikt Justen
Als de technologie bij de komende zonsverduistering goed werkt, zal de vlieger in de toekomst vaker worden gebruikt, mogelijk met extra camera’s. “Het is een stuk eenvoudiger en goedkoper dan het gebruik van ballonnen”, zegt Habbal. Maar als het mislukt, is er altijd een back-up.
Tijdens de totale zonsverduistering zullen de twee WB-57 vliegtuigen elkaar volgen met een snelheid van 740 kilometer per uur, ongeveer een kwart van de snelheid van de schaduw van de maan, ten zuidwesten van het maximale punt van de zonsverduistering. In dat tempo stijgt het totaal van 4 minuten en 27 seconden voor degenen die vanaf de grond kijken naar ruim 6 minuten. “De WB-57 is hier perfect voor omdat hij een camera- en telescoopsysteem in zijn neuskegel heeft dat kan worden gedraaid om naar alles te wijzen… ongeacht in welke richting het vliegtuig vliegt”, zegt Amir Caspi van het Southwest Research Institute. in Boulder, Colorado, die leiding geeft aan een experiment in een andere WB-57 om de corona op een andere manier te bestuderen.
Met behulp van een gestabiliseerd platform zullen Caspi en zijn team beelden van de zonsverduistering vastleggen met behulp van een camera voor zichtbaar licht en een midden-infraroodcamera met hogere resolutie, ontwikkeld door NASA. Deze laatste zal zeven verschillende golflengten van licht opvangen en helpen bepalen welke structuren in de corona hun eigen licht uitstralen en welke alleen maar licht van het oppervlak van de zon verstrooien. ‘We moeten zo ver mogelijk boven de atmosfeer zijn om deze waarnemingen te kunnen doen’, zegt Caspi. De atmosfeer van de aarde absorbeert infrarood licht en is vanaf de grond moeilijk waar te nemen.
Streams live
Caspi maakt ook deel uit van het Citizen Continental-America Telescopic Eclipse (CATE)-project, een poging om een continue film van 60 minuten met hoge resolutie te maken met behulp van 35 teams van burgerwetenschappers op het pad van de totaliteit, van Texas tot Maine, elk met de dezelfde camera’s, telescopen en training om precies hetzelfde soort waarnemingen te kunnen doen. “De teams zullen zo worden ingedeeld dat elk station zijn buren overlapt”, zegt Caspi. “Als één station de gegevens niet ontvangt vanwege cloud of kapotte apparatuur, is dat geen probleem.”
Hij hoopt dat de apparatuur zal werken, nadat deze vorig jaar met succes is getest in West-Australië. “Het was de eerste zonsverduistering die ik zag”, zegt Caspi, die maar een paar korte seconden kon zien omdat hij bezig was met live streamen op YouTube. “Onze apparatuur kon geen verbinding maken met het netwerk, dus ik hield de telefoon de hele tijd voor mijn gezicht.”
Op 8 april zal er een totale zonsverduistering plaatsvinden boven Mexico, de VS en Canada. Onze speciale serie omvat alles wat je moet weten, van hoe en wanneer je het kunt zien tot enkele van de vreemdste eclipservaringen in de geschiedenis.
Zonsverduistering 2024
We hopen dat de film wetenschappers in staat zal stellen de complexiteit van de corona te bestuderen, vooral de vorm ervan en hoe deze in korte tijd verandert. Het bouwt voort op het CATE-project uit 2017, waarbij langs de hele route 68 camera’s werden gebruikt. Deze keer zullen ze geavanceerdere camera’s gebruiken die gevoelig zijn voor verschillende soorten gepolariseerd licht.
‘Het grootste deel van het licht dat je tijdens de totaliteit ziet, is eigenlijk licht van het oppervlak van de zon dat opgaat in de corona om elektronen te verstrooien’, zegt Caspi. Dit is de K-corona, het heldere binnenste deel, dat het licht dat alleen uit de corona zelf komt, overweldigt. Wanneer licht wordt verstrooid, wordt het gekanteld, wat polarisatie wordt genoemd. ‘Als je de polarisatiehoek kunt meten, krijg je de 3D-structuur van de corona, de dichtheid ervan en hoe die in de loop van de tijd verandert’, zegt hij.
Tijd is van cruciaal belang tijdens een totale zonsverduistering, dus met een ononderbroken video van een uur kunnen processen van seconden of minuten, zoals zonnevlammen of coronale massa-ejecties, worden vastgelegd, evenals andere details. ‘De corona is doordrongen van een ingewikkeld magnetisch veld’, zegt Kaspi. “Tijdens de totaliteit zien we geen magnetisch veld, maar heet plasma dat erlangs gevangen zit, net zoals we ijzervijlsel rond een magnetisch veld rond een magneet kunnen zien.”
Onderwerpen: