De zonsverduistering van 2017 kan bewijzen dat de zon groter is dan we denken

Een groeiend aantal onderzoekers denkt dat de zon eigenlijk groter is dan vaak gedacht.

Wetenschappers kennen de zon niet zo precies als de details van de aarde en de maan, waardoor het een knelpunt is voor perplexe eclipse modelers.

Xavier Jubier maakt gedetailleerde modellen van zons- en maansverduisteringen die werken met Google Maps om precies te laten zien waar de schaduw van de maan op de aarde valt en hoe de verduistering er op elk punt uitziet. Hij besefte dat er iets mis was met de metingen van de zon toen hij zijn zonsverduistering-simulaties combineerde met echte foto's. De foto's hielpen hem precies te identificeren waar een waarnemer voor historische verduisteringen was geweest - maar die precieze eclipsvormen waren alleen logisch als hij de straal van de zon met een paar honderd kilometer opkikkelde. [Total Solar Eclipse 2017: wanneer, waar en hoe te zien (veilig)]

"Voor mij was er ergens iets niet klopt, maar dat is alles wat ik kon zeggen," vertelde Jubier aan ProfoundSpace.org.

De kennis van wetenschappers over de contouren van de aarde en de maan was niet exact genoeg om deze discrepantie te benadrukken tot ongeveer 10 jaar geleden - dezelfde tijd dat moderne eclipsimulaties mogelijk werden door computervermogen en precisie-mapping. Dus het was toen dat Jubier begon te beseffen dat er iets niet klopte.

NASA-onderzoeker Ernie Wright kwam tot een vergelijkbare conclusie toen hij begon met het creëren van steeds preciezere modellen van zonsverduisteringen, die ongeveer twee jaar geleden begonnen. Ook hij moest de zon iets schalen van de traditionele afmeting voor zijn berekeningen om overeen te komen met de realiteit.

"Hoe kun je dit niet weten?" Wright herinnert zich het denken. "Je houdt gewoon een liniaal tegen de hemel, en je zegt dat het zo groot is."

Maar zo blijkt, het is niet zo eenvoudig, vertelde Wright aan ProfoundSpace.org.

Waar kwam het vandaan?

Historisch gezien hebben onderzoekers de waarde 696.000 km gebruikt als de straal van de fotosfeer van de zon - het lichaam van de zon waarvan de golflengten zichtbaar zijn voor het blote oog op aarde. De waarde werd voor het eerst gepubliceerd in 1891 door de Duitse astronoom Arthur Auwers, zei Wright, en het werd al geruime tijd als standaardwaarde beschouwd. In 2015 definieerde de Internationale Astronomische Unie een "eenheid" gebaseerd op de straal van de zon als een vergelijkbare 695.700 km, gebaseerd op een onderzoek uit 2008, dus onderzoekers kunnen die waarde gebruiken om de groottes van andere sterren in het universum te vergelijken.

Maar de inspanningen om de straal van de zon te meten zijn nooit nauwkeurig genoeg geweest om onze kennis van de contouren van de maan en de aarde te evenaren, zeiden de onderzoekers. Wetenschappers hebben geprobeerd het te meten door doorvoer van Mercurius en Venus - wanneer die planeten het gezicht van de zon kruisen - en door beelden van zonwaarnemende satellieten zoals het Solar Dynamics Observatorium. Elke pixel op SDO's afbeeldingen met een hogere resolutie beslaat ongeveer 270 mijl (435 km), zei Wright, wat betekent dat er een limiet is aan hoe precies de grootte van de fotosfeer met deze methode kan worden gemeten. Bovendien verzamelen omlopende zonnetelescopen zoals SDO over het algemeen golflengten van het licht dat dieper naar binnen of verder buiten de zon wordt uitgestraald, in plaats van de zichtbare fotosfeer.

"Het is moeilijker dan je denkt om een ​​lineaal op deze afbeeldingen te zetten en erachter te komen hoe groot de zon is - [SDO] heeft niet genoeg precisie om dit op te sporen," zei Wright. "Evenzo blijkt met de doorgangen van Mercury en Venus dat [een meting op basis daarvan] niet zo precies is als u zou willen."

Verschillende papiersoorten die de straal van de zon proberen vast te pinnen met behulp van planeettransits, op de ruimte gebaseerde sensoren en grondobservaties, hebben resultaten opgeleverd die maar liefst 1500 km lang zijn en niet met één kunnen worden verzoend een ander, zei Wright. En voor eclipse modelers is het een kritisch en irriterend probleem.

Eclipse-kijkers kunnen ook de onzekerheid van interesse vinden als ze uitzetten waar ze zich op het pad van de totaliteit bevinden. Een iets grotere zon betekent dat de periode van totale black-out enkele seconden korter kan zijn in het midden van het pad en dat het pad zelf ook zou kromtrekken.

"Voor de meeste mensen, ja, het doet er niet echt toe, het zal niet alles veranderen," zei Jubier. "Maar hoe dichter je bij de rand van het [eclips] -pad komt, hoe meer risico je neemt." Als de zon inderdaad groter is, is het pad smaller dan de projecties die zijn gemaakt met de gebruikelijke waarde. Dus degenen die de effecten aan de rand van de eclips najagen, kunnen in de problemen komen als ze niet genoeg waarde gebruiken voor hun berekeningen.

Weinig mensen verduisteren voorspellingen, voegde Jubier eraan toe en de exacte waarde is voor veel onderzoekers niet nodig. Daarom kunnen de definities variëren en is het moeilijk om verschillende waarden met elkaar te vergelijken, inclusief de oorspronkelijke 1891-waarde. Het kan moeilijk zijn om voor een bepaald onderzoek vast te stellen welke veronderstellingen in hun antwoord zijn gegaan voor de diameter van de zon, en dus kunnen ze niet gemakkelijk worden aangepast om te passen bij elkaar of bij de eclips. Alle discrepanties in eclipsmetingen kunnen worden toegeschreven aan het niet volledig begrijpen van de waarden, voegde Jubier eraan toe.

"Het is absoluut nog steeds een gebied van voortdurend onderzoek, en iets dat het veld zelf interessant vindt om beter onder de knie te krijgen," vertelde C. Alex Young, een zonne-astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Maryland, aan ProfoundSpace.org. "Waarschijnlijk een beetje esoterisch voor veel mensen, en ik zou zeggen dat de berekening niet zo belangrijk is voor veel gebieden, bijvoorbeeld in de zonnefysica, wat betreft de nauwkeurigheid die nodig is. Maar vooral de eclipsgemeenschap is zeer geïnteresseerd in de nauwkeurigheid ."

Zoek het uit

Michael Kentrianakis, een fervent eclipsjager en lid van de Solar Eclipse Task Force van de American Astronomical Society, hoorde over de verwarring over de zon van zijn collega Luca Quaglia, een natuurkundige en eclipsonderzoeker.

"Het rietje dat de rug van de kameel brak", zei Kentrianakis, kwam tijdens een expeditie naar Argentinië in februari, waar hij zich buiten de rand van een ringvormige zonsverduistering plaatste - waar de maan wordt omgeven door een heldere "vuurring" ." Een grotere zon zou het "ring of fire" -effect zichtbaar maken voor een groter gebied.

"Technisch gezien had ik buiten de annulariteit moeten staan, [maar de ongefilterde foto's laten zien] we waren nog steeds op het pad van annulariteit en we hebben deze prachtige chromosfeer aan de rand rondcirkelend," zei Kentrianakis. Die ervaring overtuigde hem volledig de zon was groter dan algemeen werd gedacht.

Deze opkomende zonsverduistering - die hoogstwaarschijnlijk de meest bekeken totale zonsverduistering in de geschiedenis zal zijn, hebben NASA-functionarissen gezegd - zal een kans bieden voor anderen binnen en buiten het pad van de totaliteit om de omvang ervan te helpen verifiëren.

Terwijl onderzoekers normaal de straal van de zon zouden gebruiken om exact te berekenen wanneer de maan de zon voor een bepaalde locatie zal bedekken en ontmaskeren, contacttijden genoemd, is de tegenovergestelde strategie hier vereist, vertelde Quaglia aan ProfoundSpace.org. "Als we contactmomenten nauwkeurig kunnen meten, is al het andere hetzelfde, het enige dat kan veranderen is de zonnestraal, we kunnen de zonnestraal op die manier berekenen", zei hij.

Kentrianakis, Jubier, Quaglia en anderen willen het vastpinnen door onderzoekers binnen en buiten te plaatsen waar de totaliteit hoort te zijn, gewapend met de apparatuur voor wat een "flitsspectrum" -foto wordt genoemd. Het proces gebruikt een getextureerd traliewerk boven een camera, die inkomend licht in componentgolflengten splitst - waardoor het gemakkelijk is om precies te bepalen wanneer de gehele fotosfeer door de maan is bedekt, waardoor een beperktere reeks golflengten wordt weergegeven die door de chromosfeer worden uitgezonden. Gecombineerd met nauwkeurige tijdstempels, zou dat proces sterk bewijs leveren voor de grootte van de zon. (Zo'n proces is al eerder gebruikt, maar op beperkte schaal zei Quaglia.)

Dergelijke metingen zouden ook een ander voordeel opleveren, zei Jubier - onderzoekend wat volgens sommigen een dunne laag is tussen de fotosfeer en de chromosfeer, de mesosfeer genoemd. Die dunne laag kan een moment zichtbaar zijn nadat de fotosfeer is uitgewist tijdens een zonsverduistering, wat betekent dat waarnemers metingen kunnen uitvoeren die de mesosfeer verwarren met meer van de fotosfeer. Een flitsspectrum kan een onderscheid maken tussen beide, hoewel het een voldoende hoge resolutie moet hebben, zodat de signalen van elk duidelijk kunnen worden gescheiden.

Een groep met Quaglia, Kentrianakis en Jubier kon geen financiering krijgen voor een zo breed flash-spectrumexperiment als ze hadden gewild - zoiets als 30 afzonderlijke meetstations die net binnen en net buiten het voorspelde eclipspad zijn gerangschikt. Maar onderzoekers konden tijdens de zonsverduistering nog steeds crowdsourced gegevens en metingen gebruiken om meer te leren.

"Hoe meer observaties we hebben, hoe beter, zelfs als ze niet de kwaliteit leveren die we verwachtten van de cinematografische spectroscopie," zei Jubier. "De tijd zal leren wat we van dit alles kunnen maken."

Jubier zei dat flitsspectrummetingen het nuttigst zouden zijn, maar dat geldt ook voor (veilig!) Ongefilterde beelden van de eclips. De meeste filters knippen de details van de beelden weg, waardoor het veel moeilijker wordt om precies te bepalen wanneer de zon de maan volledig bedekt.

Andere groepen zullen ook de zonsverduistering gebruiken om de diameter van de zon te meten, zei Quaglia, inclusief de International Occulting Timing Association, die smartphone-video's analyseert die zijn genomen met intervallen loodrecht op het eclipspad in Nebraska.

"Hoe meer mensen, hoe meer technieken, des te meer betrokken teams ons daar als geheel zullen krijgen," zei Quaglia. "Als de Internationale Astronomische Unie dan beslist om de waarde te veranderen, zullen ze de waarde waarschijnlijk niet licht veranderen."

Het begrijpen van de exacte grootte van de zichtbare zon is alleen mogelijk door zorgvuldige metingen van de zon te combineren met de simulaties en nauwkeurig inzicht in de verhogingen van de maan en de aarde die nu bestaan, zei Jubier. Maar de stukken zijn op hun plaats om die vastberadenheid te bepalen, als er genoeg mensen aan boord zijn om het meest voorkomende zicht in de lucht te meten tijdens die ongewone momenten van zonsverduistering.

"Het is groot en er zijn veel verduisteringen nodig - het kan tot 2024 duren - maar we beginnen het nu tenminste", zei Kentrianakis.