Το Eclipse Hunter αποκαλύπτει την επιστήμη που μπορεί να γίνει μόνο στο σκοτάδι

Στις 21 Αυγούστου, μια ολική έκλειψη Ηλίου θα είναι ορατή από μια στενή κορδέλα γης - το «μονοπάτι της ολότητας», που εκτείνεται σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες από το Όρεγκον στη Νότια Καρολίνα. Θα είναι η πρώτη ολική έκλειψη ορατή από τις 48 συνεχόμενες πολιτείες από το 1979. Αυτά τα γεγονότα περιγράφονται συχνά ως εμπειρίες που γίνονται μια φορά στη ζωή, αλλά για τον Jay Pasachoff, έχουν συμβεί πιο συχνά. Έχει δει 33 ολικές εκλείψεις ηλίου και άλλες 32, αν μετρήσετε μερικές εκλείψεις και δακτυλιοειδείς εκλείψεις, στις οποίες ο ήλιος για λίγο μοιάζει με δαχτυλίδι ή ντόνατ.

Ο Pasachoff, ένας αστρονόμος στο Williams College στη Μασαχουσέτη, θα παρακολουθήσει την εκδήλωση στο Salem του Όρεγκον, συνοδευόμενος από μια ομάδα φοιτητών και χιλιάδες κιλά εξοπλισμού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ακόμη και σε αυτήν την εποχή των διαστημικών ανιχνευτών και των τηλεσκοπίων που βρίσκονται σε τροχιά, υπάρχει ακόμα πολλή επιστήμη που μπορεί να γίνει από το έδαφος κατά τη διάρκεια αυτών των σύντομων στιγμών στη σκιά του φεγγαριού - επιστήμη που, στην πραγματικότητα, μπορεί να γίνει μόνο κατά τη διάρκεια μιας συνολικής ηλιακής έκλειψη.

Quanta μίλησε με τον Pasachoff για τη ζωή ως κυνηγός της έκλειψης και τις ευκαιρίες παρατήρησης που μόνο μια ολική έκλειψη μπορεί να φέρει. Ακολουθεί μια επεξεργασμένη και συνοπτική έκδοση της συνομιλίας.

Γιατί οι εκλείψεις εξακολουθούν να έχουν σημασία όταν οι επιστήμονες διαθέτουν διαστημικά παρατηρητήρια που παρακολουθούν τον ήλιο ανά πάσα στιγμή;

Εμείς οι επαγγελματίες αστρονόμοι εκμεταλλευόμαστε τις όποιες ειδικές ευκαιρίες έχουμε, για να μάθουμε περισσότερα για τον ήλιο και το σύμπαν μας. Κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης, βλέπουμε μέρη του ήλιου που δεν είναι ορατά από τη Γη σε άλλες στιγμές και που δεν είναι ποτέ ορατά από διαστημόπλοια. Μόνο κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης έχουμε μια πλήρη άποψη του ήλιου, από την επιφάνεια προς τα έξω μέσω του στέμματος - την αδύναμη εξωτερική ατμόσφαιρα του ήλιου, η οποία γίνεται ορατή κατά τη διάρκεια της ολότητας - και πιο μακριά, σε αυτό που ονομάζουμε ηλιόσφαιρα, την περιοχή του διαστήματος κυριαρχείται από τον ήλιο. Δεδομένου λοιπόν ότι έχουμε μόνο λίγα λεπτά κάθε 18 μήνες περίπου, εμείς οι αστρονόμοι σίγουρα θέλουμε να εκμεταλλευτούμε αυτήν την υπέροχη ευκαιρία.

Σήμερα έχουμε περισσότερα από ένα διαστημικά τηλεσκόπια εξοπλισμένα με στεφανογράφος , ένα είδος ασπίδας που εμποδίζει το φως από τη φωτόσφαιρα, τον φωτεινό δίσκο του ήλιου. Δεν καταφέρνουν το ίδιο πράγμα με μια έκλειψη;

Εξαρτάται πόσα χρήματα έχεις. Αν μου δώσετε 10 δισεκατομμύρια δολάρια, τότε ίσως μπορέσω να προσομοιώσω μια έκλειψη, χρησιμοποιώντας έναν στεφανογράφο που βασίζεται στο διάστημα. Είναι τόσο καλό όσο αυτά που έχουμε στη Γη. Αλλά αυτό δεν έχει συμβεί. Ο καλύτερος στεφανογράφος που έχουμε στο διάστημα είναι τώρα άνω των 20 ετών, στο Ηλιακό και Ηλιοσφαιρικό Παρατηρητήριο [SOHO]. Έχει τρεις ένθετους στεφανογράφους. Το εσωτερικό είναι πλέον ανενεργό. στην πραγματικότητα, ποτέ δεν λειτούργησε πολύ καλά. Τα δύο που παραμένουν, γνωστά ως C2 και C3, είναι αυτό που ονομάζουμε εξωτερικά κρυφοί στεφανογράφοι, που σημαίνει ότι υπάρχει ένας δίσκος που εμποδίζει μέρος του ηλιακού φωτός, αλλά ο δίσκος βρίσκεται κοντά στον φακό και επομένως βρίσκεται σε διαφορετική εστίαση από τον στέμμα. Έτσι, για να λειτουργήσει όλο αυτό, πρέπει να μπλοκάρει τα τρία τέταρτα της ηλιακής ακτίνας γύρω από τον ήλιο. Και αυτή είναι η περιοχή που βλέπουμε καλύτερα, κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης. Και το C3 έχει ακόμα μεγαλύτερο μπλοκάρισμα.

Υπάρχει λοιπόν μια ολόκληρη περιοχή, από την επιφάνεια του ήλιου μέχρι τα τρία τέταρτα της ηλιακής ακτίνας που μπορούμε να δούμε στο λευκό φως μόνο κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης. Επιπλέον, ο στεφανογράφος C2 έχει ανάλυση μόνο 23 δευτερολέπτων τόξου, ενώ κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης, από το έδαφος, μπορούμε να επιτύχουμε δύο ή ίσως ενάμιση δευτερόλεπτο τόξου. Υπάρχει λοιπόν μια περιοχή επικάλυψης που βλέπουμε κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης - επικαλύπτεται με αυτό που βλέπουμε χρησιμοποιώντας τον στεφανογράφο C2 - και βλέπουμε τα πάντα πάνω από 10 φορές πιο καθαρά, από το έδαφος, κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης. Έτσι, αν θέλουμε να μελετήσουμε την περιοχή όπου σχηματίζεται ο ηλιακός άνεμος και όπου έχουμε αυτές τις υπέροχες οθόνες μαγνητικού πεδίου και αυτές τις ηλιακές κορώνες, κοντά στον ισημερινό του ήλιου και τα λοφία από τις πολικές περιοχές του ήλιου — τότε χρειαζόμαστε την έκλειψη, η οποία λαμβάνουμε μόνο κάθε 18 μήνες περίπου, κάπου στη Γη.

Τι είδους δεδομένα, συγκεκριμένα, θέλετε να συλλέξετε; Μιλάμε για εικόνες, ή φάσματα, ή κάτι άλλο;

Ναι, ναι, και ναι:Εικόνες, και φάσματα, και κάτι άλλο! Νιώθω μεγάλη ευθύνη, τώρα που έχουμε αυτή την έκλειψη στην πατρίδα μας, να κάνω όσο το δυνατόν πιο ολοκληρωμένες παρατηρήσεις. Έχουμε το πλεονέκτημα ότι η αποστολή είναι λιγότερο δαπανηρή, σε σύγκριση με το να πάρω 2.000 λίβρες εξοπλισμό στην Ινδία, το οποίο έχω κάνει, για μια έκλειψη. Έτσι, συγκέντρωσα, με την υποστήριξη του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ και της Επιτροπής Έρευνας και Εξερεύνησης της National Geographic Society, μια ομάδα αστρονόμων και εξοπλισμού, για να μελετήσω τον ήλιο με διάφορα τηλεσκόπια και φασματογράφους.

Τι θέλετε να μάθετε;

Ίσως το πιο δύσκολο και πιο περίπλοκο πείραμα στην ομάδα μας με δώδεκα περίπου πειραματικές ρυθμίσεις είναι να προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε παρατηρητικά ποιο από τα ανταγωνιστικά μοντέλα στεφανιαίας θέρμανσης είναι σωστό - για να κατανοήσουμε πώς το στέμμα θερμαίνεται σε ένα εκατομμύριο βαθμούς. Γνωρίζουμε ότι σχετίζεται με το μαγνητικό πεδίο του ήλιου, αλλά οι λεπτομέρειες σχετικά με το πώς σχετίζεται είναι ακόμα ασαφείς και συζητούνται πολύ μεταξύ των θεωρητικών.

Ποιες είναι μερικές από τις ιδέες;

Υπάρχει ένα ολόκληρο σύνολο ανταγωνιστικών θεωριών που περιλαμβάνει κάτι που ονομάζεται νανοφλόγες - όπου το nano φυσικά σημαίνει ένα δισεκατομμυριοστό - και έτσι, αντί για μερικές μεγάλες ηλιακές εκλάμψεις που εκρήγνυνται από τον ήλιο, θα μπορούσαν απλώς να υπάρχουν πολλές μικρές εκλάμψεις, κάθε ένα δισεκατομμυριοστό του η ένταση της μεγάλης φωτοβολίδας, που σβήνει συνεχώς, χιλιάδες από αυτές σβήνουν συνεχώς. Έτσι, αυτό θα μπορούσε να ευθύνεται για μεγάλο μέρος της θέρμανσης της κορώνας. Μια άλλη ιδέα περιλαμβάνει στεφανιαίους βρόχους, ταλαντούμενους βρόχους ιονισμένου αερίου που συγκρατούνται στη θέση τους από το μαγνητικό πεδίο του ήλιου. Θέλουμε λοιπόν να δούμε τι μπορούμε να μετρήσουμε και να δούμε αν μπορούμε να διακρίνουμε τη συμβολή της θέρμανσης με νανοεκλάμψεις και της θέρμανσης με κύμα στεφανιαίου βρόχου.

Πώς μπορείτε να διακρίνετε μεταξύ των δύο;

Διαφορετικά μοντέλα προβλέπουν διαφορετικά είδη ταλαντώσεων και δονήσεων στους βρόχους αερίου που συγκρατούνται στη θέση τους από το στεφανιαίο μαγνητικό πεδίο, στο κάτω στέμμα. Μερικές θεωρίες λένε ότι πρέπει να υπάρχουν δονήσεις με περιόδους πολλών δευτερολέπτων. ένα σύνολο θεωριών προβλέπει δονήσεις δευτερολέπτου — και αν η ιδέα της νανοεκλάμψης είναι σωστή, μπορεί να μην υπάρχουν καθόλου ταλαντώσεις.

Έχουμε μερικά πολύ ειδικά φίλτρα, σε αυτό που ονομάζεται στεφανιαία πράσινη γραμμή και στεφανιαία κόκκινη γραμμή - γραμμές εκπομπής που σχετίζονται με ηλεκτρόνια σε άτομα σιδήρου υψηλής ιονισμού στο ηλιακό στέμμα, καθώς μεταπηδούν μεταξύ των επιπέδων ενέργειας σε θερμοκρασίες ενός εκατομμυρίου ή πάνω από ένα εκατομμύριο βαθμούς, αντίστοιχα. Τα ειδικά φίλτρα απομονώνουν το καυτό στεφανιαίο αέριο από το στεφανιαίο φως του φόντου που βλέπουμε με τα μάτια μας, το οποίο είναι σε μεγάλο βαθμό η καθημερινή επιφάνεια του ήλιου - η ηλιακή φωτόσφαιρα - που διασκορπίζεται από τα ηλεκτρόνια στο στέμμα. Αλλά με αυτά τα ειδικά φίλτρα, μπορούμε να ξεχωρίσουμε την πραγματική εκπομπή από το στέμμα. Και αναζητούμε πολύ γρήγορες δονήσεις.

Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεστε βίντεο ή κάποιον τρόπο λήψης εικόνων με πολύ υψηλό ρυθμό καρέ;

Αυτό που χρησιμοποιούμε είναι ακόμα καλύτερο από το βίντεο, καθώς κάθε παρατήρηση είναι πιο ακριβής. Χρησιμοποιούμε ένα ειδικό είδος CCD - μια ηλεκτρονική συσκευή συζευγμένη με φορτίο - που είναι στην πραγματικότητα δύο CCD σε ένα. Το ένα βρίσκεται στο πλάι [της κάμερας], κρυμμένο πίσω από ένα μεταλλικό κάλυμμα. Καταγράφουμε εικόνες με ρυθμό που μπορεί να φτάσει τα 10 hertz — 10 φορές ανά δευτερόλεπτο, ή ακόμη περισσότερο — και σχεδόν ακαριαία τα δεδομένα μεταφέρονται στο CCD που είναι κρυμμένος πίσω από τη μεταλλική θωράκιση, η οποία μπορεί στη συνέχεια να διαβαστεί κατά την επόμενη εικόνα λαμβάνεται με χρήση του ανοιχτού. Το αποτέλεσμα αυτού είναι ότι δεν υπάρχει σχεδόν κανένας νεκρός χρόνος — μπορούμε να κάνουμε παρατηρήσεις πολύ υψηλής ακρίβειας χωρίς κενά μεταξύ των διαδοχικών εικόνων.

Χρησιμοποιούμε αυτή τη μέθοδο με μεγάλη επιτυχία τα τελευταία δώδεκα χρόνια, σε μια σειρά από κρυφές άστρων από τον Πλούτωνα και άλλα αντικείμενα. Το είχαμε σε μια διέλευση της Αφροδίτης και το είχαμε σε προηγούμενη έκλειψη και ανυπομονούμε να το χρησιμοποιήσουμε σε αυτήν την έκλειψη.

Καταλαβαίνω ότι οι μετρήσεις έκλειψης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση του ρυθμού περιστροφής της Γης;

Σωστά. Η Γη δεν περιστρέφεται με εντελώς σταθερό ρυθμό. Αυτός ο ρυθμός εξαρτάται από την κατανομή της μάζας της επιφάνειας της Γης, η οποία εξαρτάται από πράγματα όπως η ποσότητα του πάγου στους πόλους και η κατανομή των παγετώνων και άλλων ροών γύρω από την επιφάνεια της Γης. Η διαφορά μπορεί να είναι μόνο ένα κλάσμα του δευτερολέπτου ετησίως, αλλά αυτό είναι αρκετό, αν πάτε 1.000 ή 2.000 χρόνια πίσω, για να έχετε τη Γη να μην περιστρέφεται τόσο πολύ όσο είναι σήμερα — πράγμα που σημαίνει ότι μια έκλειψη θα γινόταν σε μια ελαφρά διαφορετικό μέρος στη Γη. Τώρα οι εκλείψεις είναι τόσο δραματικές που μπορείτε ενδεχομένως να διαβάσετε παλιά χρονικά από μερικές χιλιάδες χρόνια πριν, ειδικά αν γνωρίζετε για αρχαίες γλώσσες - ειδικά ανατολικές, ασιατικές γλώσσες - και να ερμηνεύσετε εάν μια έκλειψη ήταν ορατή σε μια δεδομένη τοποθεσία. Και μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να παρακολουθείτε ποια είναι η περιστροφή της Γης από τότε.

Υπάρχει μια διάσημη ιστορία για το πώς οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν την ηλιακή έκλειψη του 1919 για να δοκιμάσουν τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Αλλά ο Αϊνστάιν είχε λίγη τύχη τα χρόνια πριν από αυτό το γεγονός, έτσι δεν είναι;

Ο Αϊνστάιν είχε αλληλογραφία με έναν νεαρό Γερμανό αστρονόμο, τον Erwin Finlay-Freundlich, ο οποίος πήρε εξοπλισμό για να δει την ηλιακή έκλειψη του Αυγούστου 1914, στη Ρωσία, για να δει αν μπορούσε να ανιχνεύσει την εκτροπή του αστρικού φωτός από τον ήλιο, η οποία είχε προβλεφθεί από τον Αϊνστάιν. θεωρία. Όμως ξέσπασε ο Πρώτος Παγκόσμιος Πόλεμος και ο Finlay-Freundlich εγκλωβίστηκε από τους Ρώσους ως εχθρός εξωγήινος και ο εξοπλισμός του κατασχέθηκε, οπότε δεν του επέτρεψαν να κάνει τις παρατηρήσεις.

Εκείνη την εποχή, ο Αϊνστάιν είχε μόνο μια προκαταρκτική εκδοχή της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Μερικά χρόνια αργότερα, το 1916, κυκλοφόρησε μια πιο ολοκληρωμένη έκδοση, η οποία αποδείχθηκε ότι προέβλεπε το διπλάσιο ποσό εκτροπής σε σύγκριση με την αρχική έκδοση της θεωρίας. Και αυτή ήταν η πραγματική εκτροπή που βρέθηκε, όταν οι αστρονόμοι έκαναν τις παρατηρήσεις τους για την έκλειψη το 1919.

Τώρα, αν ο Finlay-Freundlich είχε καταφέρει να κάνει τις μετρήσεις το 1914, θα έβρισκε τον Αϊνστάιν να είναι χαμένος κατά δύο φορές - και όταν ο Αϊνστάιν διόρθωσε το λάθος του, θα φαινόταν σαν φοντάν. Και όπως επισημαίνουν οι φιλόσοφοι της επιστήμης, θέλετε να κάνετε μια πρόβλεψη και μετά να επαληθεύσετε την πρόβλεψη. δεν θέλετε να κάνετε μια πρόβλεψη και μετά να βρείτε έναν τρόπο να κάνετε τη θεωρία σας να ταιριάζει με τις εκ των υστέρων παρατηρήσεις. Οπότε στην πραγματικότητα ο Αϊνστάιν — ο οποίος φυσικά έγινε διάσημος μόλις ανακοινώθηκαν τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων του 1919 — ήταν πολύ τυχερός που οι αστρονόμοι δεν μπόρεσαν να δουν την έκλειψη του 1914.

Εκτός από την επιστήμη, τι μπορείτε να πείτε για την έκλειψη αυτού του Αυγούστου όσον αφορά την προβολή;

Νομίζω ότι αν βγάλουμε εκατομμύρια ή δεκάδες εκατομμύρια μαθητές να παρακολουθήσουν την έκλειψη — είναι τόσο εκπληκτικό να βρίσκεσαι έξω στο σύνολό σου και είναι τόσο εκθαμβωτικό θέαμα, που ίσως θα μπορούσαν να πειστούν να δώσουν περισσότερη προσοχή στις σπουδές τους. Ποιος ξέρει, μακροπρόθεσμα μπορεί να βγάλουμε περισσότερους επιστήμονες από αυτό, περισσότερες μεγάλες ανακαλύψεις.

Φυσικά, δεν θα συμμετάσχουν όλοι. Θυμάμαι ότι είδα μια έκλειψη τον χειμώνα του 1979 από ένα μπαλκόνι στο Μπράντον της Μανιτόμπα. Θυμάμαι που κοίταξα κάτω και είδα ότι τα αυτοκίνητα συνέχισαν να οδηγούν, αν και άναβαν τους προβολείς τους για μερικά λεπτά, όταν σκοτείνιασε. Επομένως, προσπαθούμε να δείξουμε στους ανθρώπους πόσο υπέροχο είναι να βλέπουμε πραγματικά μια έκλειψη.

Προσπαθώ να επισημάνω ότι όταν ακόμη και το 1 τοις εκατό του ήλιου είναι ορατό - μια λεγόμενη μερική έκλειψη 99 τοις εκατό - ο ουρανός εξακολουθεί να είναι 10.000 φορές πιο φωτεινός από ό, τι είναι στο σύνολο, επειδή το 100 τοις εκατό κάλυψη κάνει τον ουρανό να σκοτεινιάζει κατά ένα εκατομμύριο. Έτσι, ακόμα κι αν το 1 τοις εκατό του ήλιου είναι ορατό, χάνετε όλα τα συναρπαστικά φαινόμενα που σχετίζονται με την ολότητα. Προσπαθούμε λοιπόν να πείσουμε και τα 300 εκατομμύρια Αμερικανούς, συν όλους τους Καναδούς και όλους τους Μεξικανούς και όλους τους ανθρώπους από την Κεντρική Αμερική και από τη Βόρεια Νότια Αμερική, να ταξιδέψουν στο μονοπάτι της ολότητας - εντάξει, ίσως όχι κυριολεκτικά όλοι - αλλά για όσους μπορούν να το κάνουν, θα είναι υπέροχο να το δουν. Μια ολική έκλειψη είναι απερίγραπτα υπέροχη.

Κατά τη διάρκεια των δύο λεπτών του συνόλου, θα είστε απασχολημένοι με τη συλλογή δεδομένων. Θα έχετε ακόμα την ευκαιρία να κοιτάξετε ψηλά και να απολαύσετε το θέαμα;

Πάντα κλέβω λίγα δευτερόλεπτα, τουλάχιστον! Αλλά αυτές τις μέρες, έχουμε προγράμματα υπολογιστών που μπορούν να ελέγξουν τις κάμερες. Μπορούμε να προγραμματίσουμε όλες τις κάμερες να αποσπώνται με αγκύλες και να κάνουν όλες τις άλλες εκθέσεις κατά τη διάρκεια της έκλειψης. Επίσης, θα βοηθήσω τους οκτώ καλοκαιρινούς μαθητές μου. Ελπίζω λοιπόν ότι θα μπορέσω να παρακολουθήσω τα δύο λεπτά της έκλειψης, ή το μεγαλύτερο μέρος της, και ακόμη και να κοιτάξω ψηλά με τα κιάλια μου και να δω τις λεπτομέρειες των πολικών λοφίων και των στεφανιαίων βρόχων και των στεφανιαίων σερπαντίνες.