Die Forscher werden Kameras verwenden, die auf zwei der WB-57-Forschungsjets der NASA installiert sind, um hochauflösende, bewegende Beobachtungen der Sonnenkorona zu machen - der ätherischen Strahler von glühendem Gas in der äußersten Sonnenatmosphäre, die nur während einer Sonnenfinsternis sichtbar werden.
Während Beobachter vor Ort bis zu zweieinhalb Minuten Gesamtzeit erleben werden (wenn der Mond die Sonne vollständig verdeckt), hat das von der NASA finanzierte Team unter der Leitung von Amir Caspi, einem Solarastrophysiker am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado wird die Jets verwenden, um die Gesamtdauer auf mehr als 7 Minuten zu verlängern und so beispiellose Beobachtungen der Sonnenkorona zu ermöglichen.
Selbst als Passagier auf den NASA-Jets ist eine spezielle Ausbildung erforderlich, damit die Astrophysiker nicht mit den Instrumenten fliegen können. Aber sie werden ihr Experiment durch eine Live-Satellitenübertragung der Bilder verfolgen, während die Jets den Mondschatten über Missouri, Illinois und Tennessee auf dem Höhepunkt der totalen Sonnenfinsternis jagen. Der Live-Feed wird auch online öffentlich zugänglich gemacht.
Der Schatten des Mondes bewegt sich zu schnell, als dass selbst die Jets mithalten könnten, sodass die Piloten in einer sorgfältig berechneten Formation fliegen, die die Zeit der Totalität maximiert, wobei der zweite Jet die Verfolgung nur wenige Sekunden vor der Totalität für den ersten Jet aufnimmt geht laut den Forschern zu Ende.
"Obwohl sie 100 Kilometer voneinander entfernt sind und mit einer Geschwindigkeit von etwa 750 Stundenkilometern fliegen, müssen sie ihren Flug gut genug planen, um innerhalb von etwa 10 Sekunden von der Position zu sein, die sie benötigen", sagte Caspi gegenüber Live Science.
Heißer als die Sonne
Die hochauflösenden Bilder, die von den Jets während der Sonnenfinsternis aufgenommen wurden, geben den Forschern einen einzigartigen Blick auf die Korona der Sonne. Sie hoffen, dass es Licht in das Hauptgeheimnis der Korona bringt: Warum ist es so viel heißer als die Oberfläche der Sonne selbst?
"Die Sonnenkorona hat eine Temperatur von Millionen Grad und die sichtbare Oberfläche der Sonne - die Photosphäre - beträgt nur wenige tausend Grad", sagte Caspi. "Diese Art der Temperaturinversion ist ungewöhnlich. Wenn die Thermodynamik im klassischen Sinne funktioniert, wie wir es gewohnt sind, würde man diese Art der Inversion nicht bekommen und die Temperatur würde sinken, wenn man höher steigt."
Caspi und seine Kollegen hoffen, dass ihre Beobachtungen sehr feine dynamische Merkmale in der Sonnenkorona zeigen, möglicherweise in Form von Wellen oder Wellen, die Prozesse im Magnetfeld der Sonne aufdecken könnten, von denen angenommen wird, dass sie die dünne Korona so viel heißer als die Sonne halten Oberfläche.
Ein zweites wichtiges Ziel ist es, nach einer Erklärung für die großen sichtbaren Strukturen in der Korona zu suchen, sagte Caspi.
"Wenn Sie sich die Korona ansehen, sehen Sie diese sehr gut strukturierten Loops, Arkaden, Fans und Streamer", sagte er. "Die Sache ist, dass sie sehr glatt und gut organisiert sind und es aussieht wie ein frisch gekämmter Haarschopf."
Aber die Magnetfelder, die die Korona formen, stammen von der sehr chaotischen Oberfläche der Sonne, von der erwartet wird, dass sie die glatten Strukturen der Korona in eine verwickelte Matte verwandelt, sagte Caspi.
Aber "all diese Strukturen bleiben stabil und sehr gut organisiert, und so setzt die Korona ständig kleine Komplexitäten frei, um so gut organisiert zu bleiben", sagte er, "und wir verstehen auch nicht, wie dieser Prozess abläuft. ""
Höhenansicht
Caspi erklärte, dass die Beobachtung einer Sonnenfinsternis aus einer Höhe von 15.200 m viele Vorteile gegenüber Beobachtungen vom Boden aus hat.
Die NASA-Jets fliegen weit über alle Wolken und den größten Teil der Atmosphäre, die die Erde umgibt, und garantieren ein perfektes Wetter zu einer Jahreszeit, in der Eclipse-Beobachter am Boden mit einer Wolkendecke von rund 50 Prozent rechnen können, sagte er.
Die dünne Atmosphäre und die Position von Sonne und Mond fast direkt über dem Kopf werden die Verzerrung auf ein Minimum reduzieren, wodurch die Teleskope und Kameras an Bord des Flugzeugs sehr feine Details in der Struktur der Sonnenkorona aufzeichnen können, sagte er.
"Grundsätzlich erhalten wir in jeder Hinsicht eine bessere Empfindlichkeit", sagte Caspi. "Wir erhalten eine bessere Bildqualität, wir erhalten eine längere Beobachtungszeit, wir erhalten weniger Streulicht - wir haben also eine höhere Empfindlichkeit für all die Dinge, die wir auf so viele verschiedene Arten betrachten wollen."
Die WB-57-Forschungsjets der NASA begannen in den 1960er Jahren als B-57-Canberra-Bomber. Die Flugzeuge wurden dann von der US-Luftwaffe für die Wetterüberwachung angepasst und laut NASA nach vermuteten Atomtests zur Entnahme von Luftproben mit hoher Atmosphäre verwendet.
Die Jets wurden seitdem umgebaut und mit einer Reihe hochentwickelter Instrumente und Sensoren nachgerüstet, darunter stabilisierte hochauflösende Kameras in der Nase des Flugzeugs, die sichtbares Licht und Infrarotlicht mit 30 Bildern pro Sekunde aufnehmen können.
Caspi sagte, das Kamerasystem sei von der NASA entwickelt worden, um die Raumfähren während des Wiedereintritts in die Atmosphäre zu überwachen, als Vorsichtsmaßnahme im Zuge der Katastrophe des Raumschiffs Kolumbien im Jahr 1986.
Die totale Sonnenfinsternis am 21. August wird das erste Mal sein, dass die NASA-Jets und ihre Kameras für die Astronomie eingesetzt werden, sagte Caspi.
"Wir hoffen, dass dieses Experiment nicht nur ein wirklich erstaunliches Stück Wissenschaft ist, sondern auch die Leistung und das Potenzial dieser Plattform für zukünftige astronomische Beobachtungen zeigt", fügte er hinzu.
Nächster Stern
Caspi sagte, dass die bevorstehenden Beobachtungen das Potenzial haben, einige der verbliebenen Rätsel um unseren nächsten Stern aufzuklären und Astrophysikern ein besseres Verständnis für die Entstehung unseres Sonnensystems zu vermitteln. Die Forschung könnte Wissenschaftlern sogar einen Einblick geben, wie sich andere Planetensysteme um entfernte Sterne bilden.
"Die Evolution des Sonnensystems wird teilweise von diesen Winden angetrieben, die aus dem Stern kommen, und sie blasen viel Staub vom inneren Sonnensystem weg. Dies ist einer der Gründe, warum sich felsige Planeten in der Nähe bilden und Gasriesen dazu neigen Form weiter weg ", sagte Caspi.
Die Eclipse-Flüge bieten Forschern auch eine seltene Gelegenheit, den Planeten Merkur mit den Teleskopen und Kameras auf den Jets zu beobachten, sagte Caspi. Sie werden auch die Möglichkeit haben, nach den schwer fassbaren vulkanoiden Asteroiden zu suchen, von denen angenommen wird, dass sie zwischen Merkur und der Sonne existieren.
Caspi erklärte, dass die Jet-Kameras darauf abzielen würden, den innersten Planeten unseres Sonnensystems, der während der Sonnenfinsternis am dunklen Himmel sichtbar wird, etwa eine halbe Stunde vor und eine halbe Stunde nach der Totalität zu beobachten.
Hochauflösende Bilder von Quecksilber, die unter Infrarotlicht aufgenommen wurden, würden Planetenwissenschaftler die Oberfläche des Planeten um den Terminator der Morgendämmerung untersuchen lassen, wo die eiskalte Nacht von Merkur seinem sengend heißen Tag Platz macht, um mehr über das Material zu erfahren, aus dem das Quecksilber besteht Oberfläche.
"Die Tagesseite von Quecksilber ist bei 400 Grad Celsius heiß und die Nachtseite bei minus 156 Grad Celsius eiskalt, aber wir wissen nicht, wie lange es dauert von heiß nach kalt zu gehen. "
Mithilfe von Infrarotlicht können die Wissenschaftler die Eigenschaften des Bodens des Planeten nicht nur an der Oberfläche, sondern auch einige Zentimeter unter der Oberfläche messen, um herauszufinden, woraus er besteht und wie dicht er ist , er fügte hinzu.
"Diese Beobachtungen sind die ersten ihrer Art, von denen wir wissen, dass sie versuchen, eine Infrarot-Wärmekarte von Quecksilber zu erstellen", sagte Caspi.
