Докато много от нас са билинаучаване заголямото американско затъмнениепрез последните няколко месеца други се подготвят за това грандиозно явление от години. Учените, които се фокусират върху всякакви дисциплини, от соларната наука до поведението на животните, планират експерименти, които ще бъдат проведени в кратките минути на съвкупност.
„За учения, който се готви да улови тези кратки моменти, това може да бъде много забързано и стресиращо“, казва Шадиа Хабал, астроном от Хавайския университет, който е видял над 10 затъмнения и се е подготвял за затъмнението през 2017 г. в продължение на три години. „Събитието не може да чака да сте готови.“
Много се движи само на няколко минути тъмнина. Някои проекти включват стотици членове на екипа, мрежи от институции, сложни технологични настройки и подвизи и десетки места на обекти по пътя на съвкупността.
„Това е просто невероятна възможност за всички нас да бъдем учени по някакъв начин, да бъдем любопитни за този луд природен феномен, който се случва“, казва Анджела Дез Жардинс, професор по физика в държавния университет на Монтана.
От преследване на затъмнението с преоборудвани самолети бомбардировачи до внимателно наблюдаване на реакциите на животните в зоопарка, ето само някои от нещата, които учените се надяват да направят под сянката на затъмнението.
Илюстрации от Джей Расгоршек .
Измерване на топлината на мистериозната корона
Тъй като луната блокира яркия диск на слънцето, тя ще разкрие призрачния ореол на слънчевата корона. Короната или външната плазма на слънцето обикновено е скрита от слънчевия диск, който е милион пъти по-интензивен от сиянието на короната.
„Невероятно усещане е, когато видиш да се появява короната“, Шадиа Хабал, астроном от Хавайския университет, който досега е бил свидетел на общо 10 видими пълни затъмнения, каза Science Friday в скорошно интервю . „Внезапно всичко потъмнява и тогава имате тази прекрасна аура от светлина около слънцето, което просто излиза, и имате впечатлението, че потоците отиват към безкрайност.“
Но красотата му съдържа мистерия. Ядрото на слънцето е над 25 милиона градуса по Фаренхайт и пада, когато се приближи до слънчевата повърхност, където температурите са около 10 000 градуса. По време на затъмнението от 1869 г. обаче изследователите Чарлз Огъстъс Йънг и Уилям Харкнес откриват доказателства, че температурата на короната се повишава мистериозно, като става все по-горещ от повърхността на слънцето навън към атмосферата.
„Това е най-големият пъзел“, каза Хабал. „Все още се опитваме да разберем какви са процесите, които позволяват на този газ внезапно да стане горещ.“
Високите температури отнемат електроните на елементите в короната, като желязо, хром и никел. „Тъй като те губят всички тези електрони и се йонизират и възбуждат, те излъчват определена светлина с определен цвят“, обясни тя.
За да проучи тази коронална главоблъсканица, Хабал обиколи светаза гледане на затъмнения. По време на предстоящото затъмнение тя и пет екипа, или „шерпи на слънчевия вятър“, ще се разпръснат из западните Съединени щати по пътя на съвкупността. Те ще използват спектрографи и устройства за изображения с бяла светлина с теснолентови филтри. Използвайки тези устройства, екипите могат да измерват температурата на короната чрез улавяне на излъчената светлина. Тогава те ще могат да създават температурна карта за да помогне на учените да разберат по-добре короната и нейните гигантски облачни изхвърляния.
Преследване на затъмнението от небето
на НАСА WB-57 с дълги крила на голяма надморска височина обикновено записват атмосферни и метеорологични данни. Но на 21 август, когато сянката на луната преминава от Мисури към Тенеси, два от ремонтираните военни самолети ще летят на 50 000 фута, точно под точката, където пилотите трябва да носят скафандри, преследвайки затъмнението по пътя на съвкупността.
„Основното предимство при използването на самолета е, че можем да го поставим точно в центъра на пътя на затъмнението и можем да преследваме затъмнението в посоката, в която се движи сянката“, казва Амир Каспи, главен изследовател на проекта и старши научен сътрудник в Югозападния изследователски институт в Боулдър, Колорадо. Двата самолета ще летят във формация на около 70 мили един от друг, един пред друг, за да увеличат времето за наблюдение на съвкупността от две минути и половина, видими от земята, до около седем минути и половина.
По време на съвкупността камерите с висока разделителна способност, видима светлина и инфрачервени лъчи на кораба ще бъдат насочени към слънчевата корона. Каспи и неговият екип ще събират данни, за да разберат по-добре защо температурата се повишава в слоевете, които се простират далеч от повърхността на слънцето. Изследователите също така ще изучават организацията на магнитните структури, които излизат от слънчевата повърхност. Короналните проекции са като дълги струни, вкоренени в море от кипяща меласа, казва Каспи.
„Докато тази меласа се движи наоколо, тя ще влачи тези струни наоколо и в крайна сметка човек би си помислил, че те ще се усукват и завъртят и ще се превърнат в заплетена, сплъстена каша, но това не се случва“, казва той. Вместо това „изглежда като гладка, прясно сресана коса, а не като глава на легло. Искаме да знаем защо е така“, казва Каспи.
[Какво прави слънцето? Слънчеви експерти отговарят.]
След това изследователският екип ще насочи фокуса си към най-вътрешната планета към слънцето. Те искат да знаят колко бързо се охлажда повърхността на Меркурий от ден до нощ, обяснява Каспи. За да направи това, екипът ще събере данни за инфрачервените емисии, за да разбере температурата на горните няколко сантиметра от почвата. Определянето на скоростта, с която почвата се охлажда, може да предостави улики за свойствата на почвата, като нейната плътност и състав. Това ще помогне на учените да разберат по-добре как Меркурий се е формирал по време на ранната слънчева система, казва Каспи.
Плаване на живо от десетки балони
През 2012 г., точно преди пълното слънчево затъмнение в Австралия, екип от изследователи има идея: Завържете камера към балон на голяма надморска височина и стартиране в стратосферата по време на затъмнението.Кадрите, които получиха, бяха вдъхновяващи, според Анджела Дез Жардинс, професор по физика в Държавния университет на Монтана, която се натъкна на видеото по време на своето изследване.
„Просто е удивително наистина да видиш потъмняването на атмосферата и идващата сянка“, казва Дез Жардинс, лидер на Проект за летене с балон Eclipse . „Погледът надолу към Земята от тази гледна точка на космически полет беше просто невероятно.“
Но как би изглеждало затъмнението от множество балони в цялата страна? Проектът Eclipse Ballooning може да се превърне в най-голямата географска радиозонда (инструменти, носени от метеорологични балони), предприемана някога. Des Jardins работи с над 50 екипа, за да разположи приблизително 70 балона за атмосферно време от всеки щат и Пуерто Рико. Проектът дори планира да хвърля балони от кораби близо до бреговете на Орегон и Южна Каролина с надеждата да бъде първата група, която ще види идващата сянката на затъмнението, и последните, които ще я видят да напуска.
Балоните, пълни с хелий, ще събират данни за различни изследователски проекти, от наблюдение как атмосферата реагира на внезапната загуба на светлина до анализиране на това как бактериите могат да реагират при температури и налягания, подобни на тези на Марс. Всеки балон ще носи системи за проследяване, видео и неподвижни изображения, които ще висят под балона на найлонова корда с дължина 20 фута. Плавайки на височина от 100 000 фута, балоните също ще се опитат да предават на живо космическия изглед, докато сянката пълзи по извивката на Земята.
[ Научете повече за балонния проект Eclipse на НАСА. ]
„Ако се замислите какво правим, че изпращаме предаване на живо от балон от ръба на космоса с евтино оборудване и изпращаме това на живо в интернет, наистина е доста невероятно това, което правим,“ казва Des Jardins.
Портрет на Земята от Луната
От 2009 г. Lunar Reconnaissance Orbiter прави снимки на повърхността на Луната. Този август обаче ще насочи обектива си към Земята, за да се опита да улови пълното слънчево затъмнение.
„Когато го включим, редовият скенер взема ред след ред много бързо и изгражда изображение“, казва Джон Келър, учен по проекта за LRO в Goddard Space Flight Center. „Това работи много добре за това, което искаме да правим на Луната, но за изобразяване на Земята е по-трудно.“
[ Изображения от LRO разкриват лунен пейзаж, създаден от небесна бомбардировка. ]
Въпреки че LRO е правил снимки на затъмнения и преди – през 2012 г. камерите му заснеха детайлни черно-бели снимки на сянката на луната, преминаваща над Земята по време на пръстеновидно затъмнение - екипът трябва внимателно да ориентира космическия кораб към Земята, да изчисли подходящото ускорение и да сканира орбитата през планетата. Това е маневра, която първоначално не е била вградена в софтуера, обяснява Келър.
„Възможно е това [2017] изображение да е малко по-драматично, защото това е истинско пълно затъмнение“, казва Келър. Екипът също планира да използва нова възможност за обработка на изображения, за да се опита да получи цветно изображение.
Докато изображенията ще бъдат по-скоро за обществен интерес, отколкото за изследване, заснемането на тези снимки ще хвърли повече светлина върху ролята на Луната по време на затъмнението. Например, визуализациите от LRO могат да помогнат да се разкрие как топографията на луната играе с топографията на Земята по време на затъмнение. Той може също така да улови феномен, наречен мъниста на Бейли, където лунната геология причинява трептения от блестяща светлина, която прилича на пръстен от диаманти, обяснява Келер.
„Тъй като в мисията на LRO ние сме за луната и това прави [затъмнението] особено вълнуващо“, казва той.
Гледане на The Wild Across The U.S.
Докато денят преминава към здрач по време на пълно затъмнение, може да забележите някои странни, може би дори зловещи промени в поведението на животните. Съобщава се, че птиците спират да чуруликат по средата на песента, мравките се оттеглят обратно в гнездата си, а кълбовидните паяци разкъсват мрежите си, наред с други.
„Животът се променя“, казва Ребека Джонсън, биолог по безгръбначни животни и съуправител на гражданската наука в Калифорнийската академия на науките. „Просто се чувства малко по-тъмно и малко по-студено. Четейки някои от анекдотичните доклади за това как животните променят поведението си, може да се дължи на това, че се чувстват така, сякаш е сутрин или вечер.
Шепа подобни анекдоти са открити в отделни бележници на полето за пълни слънчеви затъмнения. Въпреки това няма изчерпателна колекция или конкретни доказателства, които да обяснят ефектите от затъмнението върху дивата природа.
[ Как затъмнението от 1919 г. намери доказателства за теорията на общата теория на относителността. ]
„За мен е изненадващо, че никой не го изучава, но мисля, че това е просто защото честотата [на пълните слънчеви затъмнения] е толкова рядка“, казва тя.
В продължение на почти година Джонсън и нейните колеги от Калифорнийската академия на науките организираха гражданска научна кампания Животът отговаря за събиране на поведението на животни, растения и насекоми в Съединените щати и Канада по време на затъмнението. Използване на приложението iNaturalist , доброволци и учени аматьори по целия свят могат да събират и споделят наблюдения на природната среда. Всеки, който е в зона с частично или пълно покритие на затъмнение, може да помогне за събирането на данни, казва тя. Наблюдателите ще бъдат помолени да правят снимки, да пишат бележки или да събират аудио час преди, по време и час след събитието.
„Това е начин за формализиране и събиране на истории, които просто биха били местна бележка, която хората споделят помежду си“, казва Джонсън, който се надява да получи хиляди наблюдения. „За да споделяме тези данни в по-широк мащаб, това наистина е начинът, по който започваме да измисляме нещата и може би да открием модели, които не сме успели да видим.“
Пълно слънчево затъмнение Блиц в зоопарка
Зоологическата градина Riverbanks в Колумбия, Южна Каролина е разположена директно на пътя на съвкупността. И с повече от 2000 животни и повече от 350 вида на място,не може да се каже на какво могат да станат свидетели учени, пазачи и посетители.
„Някои от [историите са] абсолютно странни и нямат научна основа“, казва Ед Диболд, директор на колекциите и опазването на животни в зоологическата градина Riverbanks. Специални учени и гледачи планират усилия за събиране на данни в цялата зоологическа градина.
Доколкото е известно на служителите, никоя друга зоологическа градина не е провела цялостно проучване на поведението на животните по време на пълно слънчево затъмнение в такъв мащаб. Зоопаркът Riverbanks е точно в центъра на пътя на съвкупността и ще преживее около две минути и половина непредсказуемо животинско действие.
[ Ръководство за прокрастинаторите за Голямото американско затъмнение. ]
Интердисциплинарни екипи, съставени от пазачи на зоологически градини, студенти-изследователи и доброволци в зоологическите градини, ще бъдат разположени на ключови експонати около зоопарка Riverbanks, за да събират данни няколко дни преди затъмнението, както и в самия голям ден. Зоологическата градина също ще направи кадри и снимки на животни с камери, за да се опита да ги събере разнообразие от животни .
„Има някои страхотни птици, които имат заграждения на открито, и дори някои от най-големите влечуги, които ще разглеждаме“, казва Адам Хартстоун-Роуз, помощник-учен на Riverbanks и антропологпрофесор в университета на Южна Каролина. „Ще можем да направим това по наистина контролиран начин и наистина да направим пълен блиц.“
Един животински вид, който Хартстоун-Роуз е заинтригуван да наблюдава, е двойката общителни сиаманг в зоопарка. Тези животни имат уникални движения, социални взаимодействия и „вероятно недвусмислено най-много изключителна вокализация “ в зоологическата градина, казва той.
„Може да видим някое от тези три неща, предизвикано от затъмнението“, добавя той.
Хартстоун-Роуз в момента обучава пазачите в зоопарковете какви видове поведение и наблюдения могат да бъдат научно ценни, казва той. Освен това около 10 000 до 15 000 гости на зоологическата градина по време на затъмнението ще бъдат насърчавани да записват собствените си наблюдения върху поведението на животните в проучвания, подготвени от изследователите, или да публикуват видеоклипове и снимки в каналите на социалните медии на зоопарка.
„Всеки отдел в зоопарка се опитва да мисли как да се позиционира за това рядко събитие“, казва Хартстоун-Роуз. „Ако се занимавам с градинарство, какво да кажем за затъмнението ще се отрази на работата ми? За образование, за наука, за грижа за животните— всеки член на зоологическата градина има нещо, което потенциално може да се случи.
