Veda vedená v tme úplného zatmenia

Veda vedená v tme úplného zatmenia

Zatiaľ čo mnohí z nás boliučenie oVeľké americké zatmeniev posledných mesiacoch sa iní na tento veľkolepý fenomén roky pripravovali. Vedci, ktorí sa zameriavajú na všetky druhy disciplín, od slnečnej vedy po správanie zvierat, plánovali experimenty, ktoré sa uskutočnia v krátkych minútach totality.

„Pre vedca, ktorý sa chystá zachytiť tieto krátke momenty, to môže byť veľmi hektické a stresujúce,“ hovorí Shadia Habbal, astronómka z Havajskej univerzity, ktorá videla viac ako 10 zatmení a na zatmenie v roku 2017 sa pripravovala tri roky. 'Udalosť nemôže čakať, kým budeš pripravený.'



Veľa jazdí len na pár minútach tmy. Niektoré projekty zahŕňajú stovky členov tímu, siete inštitúcií, komplikované technologické nastavenia a výkony a desiatky lokalít na ceste totality.

„Toto je pre nás všetkých úžasná príležitosť byť istým spôsobom vedcami, byť zvedaví na tento šialený prírodný fenomén, ktorý sa deje,“ hovorí Angela Des Jardins, profesorka fyziky na Montanskej štátnej univerzite.

Od prenasledovania zatmenia s upravenými bombardovacími lietadlami až po starostlivé sledovanie reakcií zvierat v zoo, tu sú len niektoré z vecí, ktoré vedci dúfajú, že urobia v tieni zatmenia.

Ilustrácie od Jay Rasgorshek .

Meranie tepla tajomnej koróny

Keď mesiac blokuje jasný kotúč slnka, odhalí strašidelné halo slnečnej koróny. Koróna alebo vonkajšia plazma slnka je zvyčajne ukrytá slnečným kotúčom, ktorý je miliónkrát intenzívnejší ako žiara koróny.

„Je to neuveriteľný pocit, keď vidíte, ako sa koróna objavuje,“ hovorí Shadia Habbal, astronómka z Havajskej univerzity, ktorá bola doteraz svedkom celkovo 10 viditeľných úplných zatmení. povedal Science Friday v nedávnom rozhovore . 'Zrazu sa všetko stlmí a potom máte tú nádhernú svetelnú auru okolo slnka, ktoré práve vychádza, a máte dojem, že prúdy vychádzajú do nekonečna.'

Ale jeho krása obsahuje tajomstvo. Slnečné jadro má viac ako 25 miliónov stupňov Fahrenheita a klesá, keď sa blíži k povrchu Slnka, kde sú teploty okolo 10 000 stupňov. Počas zatmenia v roku 1869 však výskumníci Charles Augustus Young a William Harkness našli dôkaz, že teplota koróny záhadne stúpa., ktoré sa zo slnečného povrchu smerom von smerom k atmosfére zahrievajú.

'To je najväčšia hádanka,' povedal Habbal. 'Stále sa snažíme zistiť, aké sú procesy, ktoré umožňujú, aby sa tento plyn zrazu zohrial.'

Vysoké teploty odstraňujú elektróny z prvkov v koróne, ako je železo, chróm a nikel. 'Keď strácajú všetky tieto elektróny a sú ionizované a vzrušené, vyžarujú určité svetlo určitej farby,' vysvetlila.

Aby Habbal preskúmal tento koronálny hlavolam, cestoval po svetena zobrazenie zatmení. Počas nadchádzajúceho zatmenia sa ona a päť tímov alebo „šerpov solárneho vetra“ rozptýlia po západe Spojených štátov pozdĺž cesty totality. Budú využívať spektrografy a zobrazovače bieleho svetla s úzkopásmovými filtrami. Pomocou týchto zariadení môžu tímy merať teplotu koróny zachytením vyžarovaného svetla. Potom budú môcť tvoriť teplotnú mapu pomôcť vedcom lepšie porozumieť koróne a jej obrovským výronom oblakov.

Chasing The Eclipse From The Sky

NASA výškové WB-57 s dlhými krídlami zvyčajne zaznamenáva údaje o atmosfére a počasí. Ale 21. augusta, keď mesačný tieň prechádza z Missouri do Tennessee, dve z renovovaných vojnových lietadiel budú lietať vo výške 50 000 stôp, tesne pod bodom, kde si piloti musia obliecť skafandre, a budú prenasledovať zatmenie po ceste totality.

„Hlavnou výhodou pri použití lietadla je, že ho môžeme umiestniť priamo do stredu dráhy zatmenia a môžeme sledovať zatmenie v smere, v ktorom sa pohybuje tieň,“ hovorí Amir Caspi, hlavný riešiteľ projektu. vedúci výskumný pracovník v Southwest Research Institute v Boulder, Colorado. Obe lietadlá budú lietať vo formácii asi 70 míľ od seba, jedno pred druhým, aby sa celkový čas pozorovania zvýšil z dvoch a pol minúty viditeľnej zo zeme na približne sedem a pol minúty.

Počas totality budú kamery s vysokým rozlíšením, viditeľné svetlo a infračervené kamery zamerané na slnečnú korónu. Caspi a jeho tím budú zbierať údaje, aby lepšie pochopili, prečo sa teplota zvyšuje vo vrstvách, ktoré siahajú od povrchu slnka. Výskumníci budú tiež študovať organizáciu magnetických štruktúr, ktoré vyčnievajú zo slnečného povrchu. Koronálne projekcie sú ako dlhé struny zakorenené v mori vriacej melasy, hovorí Caspi.

„Keď sa melasa pohybuje, bude ťahať tie struny dookola a nakoniec by si človek myslel, že sa budú krútiť a otáčať a stanú sa z nich zamotaná, rozcuchaná kaša, ale to sa nestane,“ hovorí. Namiesto toho „vyzerá ako hladká, čerstvo vyčesaná hlava vlasov, a nie ako posteľ. Chceme vedieť, prečo je to tak,“ hovorí Caspi.

[Čo robí slnko? Solári odpovedajú.]

Výskumný tím sa potom zameria na najvnútornejšiu planétu k Slnku. Chcú vedieť, ako rýchlo sa povrch Merkúra ochladzuje zo dňa na noc, vysvetľuje Caspi. Na tento účel tím zhromaždí údaje o infračervených emisiách, aby zistil teplotu niekoľkých vrchných centimetrov pôdy. Určenie rýchlosti ochladzovania pôdy by mohlo poskytnúť vodítka o vlastnostiach pôdy, ako je jej hustota a zloženie. To pomôže vedcom lepšie pochopiť, ako vznikol Merkúr počas ranej slnečnej sústavy, hovorí Caspi.

Plávajúce živé vysielanie z desiatok balónov

V roku 2012, tesne pred úplným zatmením Slnka v Austrálii, dostal tím výskumníkov nápad: pripevniť kameru k vysokohorskému balónu a spustiť do stratosféry počas zatmenia.Podľa Angely Des Jardinsovej, profesorky fyziky na Montanskej štátnej univerzite, ktorá sa k videu dostala počas svojho výskumu, boli zábery, ktoré dostali späť, vzbudzujúce rešpekt.

„Je úžasné skutočne vidieť stmavnutie atmosféry a narážajúci tieň,“ hovorí Des Jardins, vodca Projekt lietania balónom Eclipse . 'Pozerať sa dole na Zem z perspektívy vesmírneho letu bolo úžasné.'

Ako by však vyzeralo zatmenie z viacerých balónov po celej krajine? Projekt Eclipse Ballooning Project by sa mohol stať najväčšou geografickou rádiosondou (nástroje prenášané meteorologickými balónmi), ktorá sa kedy uskutočnila. Des Jardins spolupracuje s viac ako 50 tímami na rozmiestnení približne 70 atmosférických meteorologických balónov z každého štátu a Portorika. Projekt dokonca plánuje vrhať balóny z lodí blízko pobrežia Oregonu a Južnej Karolíny v nádeji, že bude prvou skupinou, ktorá uvidí prichádzať tieň zatmenia, a poslednou, ktorá ho uvidí odchádzať.

Héliom naplnené cibuľovité balóny budú zhromažďovať údaje pre rôzne výskumné projekty, od sledovania reakcie atmosféry na náhlu stratu svetla až po analýzu toho, ako môžu baktérie reagovať pri teplotách a tlakoch podobných tým na Marse. Každý balón bude niesť sledovacie, video a statické obrazové systémy, ktoré budú visieť pod balónom na 20 stôp dlhej nylonovej šnúre. Balóny, vznášajúce sa až do výšky 100 000 stôp, sa tiež pokúsia naživo vysielať vesmírny pohľad, keď sa tieň plazí cez zakrivenie Zeme.

[ Zistite viac o projekte NASA Eclipse Ballooning Project. ]

„Ak sa zamyslíte nad tým, čo robíme, že posielame živé vysielanie dole z balóna z okraja vesmíru s lacným vybavením a posúvame ho na internet, je naozaj úžasné, čo robíme,“ hovorí Des Jardins.

Portrét Zeme z Mesiaca

Od roku 2009 Lunar Reconnaissance Orbiter fotí povrch Mesiaca. Tento august však obráti svoju šošovku na Zem, aby sa pokúsila zachytiť úplné zatmenie Slnka.

„Keď ho zapneme, riadkový skener sníma riadok po riadku veľmi rýchlo a vytvára obraz,“ hovorí John Keller, projektový vedec pre LRO v Goddard Space Flight Center. 'To funguje veľmi dobre pre to, čo chceme robiť na Mesiaci, ale pre zobrazovanie Zeme je to zložitejšie.'

[ Snímky z LRO odhaľujú mesačnú krajinu spôsobenú nebeským bombardovaním. ]

Hoci LRO fotila zatmenia už predtým — v roku 2012 to urobili jej kamery detailné čiernobiele fotografie tieňa Mesiaca prechádzajúceho ponad Zem počas prstencového zatmenia – tím musí starostlivo orientovať kozmickú loď smerom k Zemi, vypočítať vhodné zrýchlenie a naskenovať orbiter naprieč planétou. Je to manéver, ktorý nebol pôvodne zabudovaný do softvéru, vysvetľuje Keller.

„Je možné, že tento obrázok [2017] môže byť o niečo dramatickejší, pretože ide o skutočné úplné zatmenie,“ hovorí Keller. Tím tiež plánuje použiť novú schopnosť spracovania obrazu, aby sa pokúsil získať farebný obrázok.

Zatiaľ čo obrázky budú skôr pre verejný záujem ako pre výskum, zhotovenie týchto fotografií vrhne viac svetla na úlohu Mesiaca počas zatmenia. Napríklad vizualizácie LRO by mohli pomôcť odhaliť, ako sa topografia Mesiaca hrá s topografiou Zeme počas zatmenia. Mohlo by to tiež zachytiť fenomén nazývaný Baily's beads, kde lunárna geológia spôsobuje mihotanie svetla, ktoré vyzerá ako prstenec diamantov, vysvetľuje Keller.

„Pretože na misii LRO sme všetci o Mesiaci, a preto je [zatmenie] obzvlášť vzrušujúce,“ hovorí.



Sledovanie divočiny naprieč USA

Keď sa deň počas úplného zatmenia presunie do súmraku, môžete si všimnúť niektoré zvláštne, možno až strašidelné zmeny v správaní zvierat. Vtáky údajne prestávajú štebotať uprostred spevu, mravce sa sťahujú späť do svojich hniezd a guľové pavúky im okrem iného trhajú siete.

„Život sa mení,“ hovorí Rebecca Johnson biologička bezstavovcov a spolumanažérka občianskej vedy na Kalifornskej akadémii vied. „Je to trochu tmavšie a trochu chladnejšie. Keď si prečítate niektoré neoficiálne správy o tom, ako zvieratá menia svoje správanie, mohlo by to byť preto, že majú pocit, že je buď ráno alebo večer.“

V jednotlivých terénnych zápisníkoch o úplných zatmeniach Slnka sa našli hŕstky podobných anekdot. Neexistuje však žiadna komplexná zbierka ani konkrétny dôkaz, ktorý by vysvetlil účinky zatmenia na voľne žijúce zvieratá.

[ Ako zatmenie v roku 1919 našlo dôkazy pre teóriu všeobecnej relativity. ]

'Prekvapuje ma, že to nikto neštuduje, ale myslím si, že je to len preto, že frekvencia [úplných zatmení Slnka] je taká zriedkavá, ' hovorí.

Johnsonová a jej kolegovia z Kalifornskej akadémie vied už takmer rok organizujú občiansku vedeckú kampaň Život odpovedá zbierať správanie zvierat, rastlín a hmyzu v Spojených štátoch a Kanade počas zatmenia. Používanie aplikácie iNaturalista dobrovoľníci a amatérski vedci z celého sveta môžu zbierať a zdieľať pozorovania prírodného prostredia. Každý, kto je v oblasti s čiastočným alebo úplným pokrytím zatmenia, môže pomôcť zbierať údaje, hovorí. Pozorovatelia budú vyzvaní, aby fotili, písali poznámky alebo zbierali zvuk hodinu pred, počas a hodinu po podujatí.

„Je to spôsob, ako formalizovať a zbierať príbehy, ktoré by boli len miestnou poznámkou, ktorú si ľudia medzi sebou vymieňali,“ hovorí Johnson, ktorý dúfa, že získa tisíce pozorovaní. 'Ak chcete zdieľať tieto údaje v širšom meradle, skutočne tak začíname zisťovať veci a možno nájdeme vzory, ktoré sme nemohli vidieť.'

Bleskové zatmenie Slnka v ZOO

Riverbanks Zoo v Columbii v Južnej Karolíne sa nachádza priamo v ceste totality. A s viac ako 2 000 zvieratami a viac ako 350 druhmi na mieste,nedá sa povedať, čoho by mohli byť vedci, chovatelia a návštevníci svedkami.

„Niektoré [príbehy sú] úplne bizarné a nemajú žiadny vedecký základ,“ hovorí Ed Diebold, riaditeľ zoo Riverbanks pre zbierky a ochranu zvierat. Vedci a chovatelia plánujú zber údajov v celej zoologickej záhrade.

Pokiaľ je zamestnancom známe, žiadna iná zoologická záhrada nevykonala komplexnú štúdiu správania zvierat počas úplného zatmenia Slnka v tomto rozsahu. Riverbanks Zoo je priamo v centre cesty totality a zažije asi dve a pol minúty nepredvídateľnej akcie zvierat.

[ Sprievodca prokrastinátora po Veľkom americkom zatmení. ]

Interdisciplinárne tímy zložené zo zoologických záhrad, študentov výskumu a dobrovoľníkov zo zoo budú rozmiestnené v kľúčových exponátoch v okolí Riverbanks Zoo, aby zbierali údaje niekoľko dní pred zatmením, ako aj počas samotného veľkého dňa. Zoologická záhrada tiež nasníma zábery a fotografie zvierat pomocou fotoaparátov, aby sa ich pokúsila zhromaždiť rozmanitosť zvierat .

„Existuje niekoľko skvelých vtákov, ktoré majú vonkajšie výbehy, a dokonca aj niektoré z najväčších plazov, na ktoré sa budeme pozerať,“ hovorí Adam Hartstone-Rose, vedecký pracovník Riverbanks a antropológ.profesor na Univerzite v Južnej Karolíne. 'Budeme to schopní urobiť skutočne kontrolovaným spôsobom a naozaj urobiť úplný blesk.'

Jeden živočíšny druh, ktorý Hartstone-Rose so záujmom pozoruje, je pár spoločenských siamangov zoo. Tieto zvieratá majú jedinečné pohyby, sociálne interakcie a „pravdepodobne, jednoznačne najviac vynikajúca vokalizácia “ v zoo, hovorí.

„Mohli by sme vidieť ktorúkoľvek z týchto troch vecí, ktoré spustilo zatmenie,“ dodáva.

Hartstone-Rose v súčasnosti školí chovateľov zoologických záhrad v tom, aké typy správania a pozorovania môžu byť vedecky cenné, hovorí. Okrem toho bude odhadovaných 10 000 až 15 000 hostí zoo počas zatmenia vyzvaných, aby zaznamenali svoje vlastné pozorovania správania zvierat v prieskumoch pripravených výskumníkmi alebo zverejnili videá a fotografie na kanáloch sociálnych médií zoo.

„Každé oddelenie v zoo sa snaží premýšľať o tom, ako sa postaviť na túto vzácnu udalosť,“ hovorí Hartstone-Rose. „Ak robím záhradníctvo, čo zatmenie ovplyvní moju prácu? Za vzdelanie, za vedu, za starostlivosť o zvieratá-každý člen zoo má niečo, čo môže potenciálne vzniknúť.'