De onderzoekers gebruiken camera's die zijn geïnstalleerd op twee van de WB-57-onderzoeksstralen van NASA om bewegende observaties met hoge resolutie te maken van de corona van de zon - de etherische streamers van gloeiend gas in de buitenste atmosfeer van de zon die pas zichtbaar worden tijdens een zonsverduistering.
Terwijl waarnemers op de grond tot twee en een halve minuut totaliteit zullen ervaren (wanneer de maan de zon volledig verduistert), het door NASA gefinancierde team onder leiding van Amir Caspi, een zonne-astrofysicus bij het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado zal de stralen gebruiken om de totale periode tot meer dan 7 minuten te verlengen, waardoor ongekende waarnemingen van de zonnecorona mogelijk worden.
Zelfs als passagier op de NASA-jets is speciale training vereist, zodat de astrofysici niet met de instrumenten kunnen vliegen. Maar ze houden hun experiment bij via een live satellietfeed van de beelden terwijl de stralen de maanschaduw achter Missouri, Illinois en Tennessee achtervolgen op het hoogtepunt van de totale zonsverduistering. De live feed wordt ook online beschikbaar gemaakt voor het publiek.
De schaduw van de maan beweegt te snel om zelfs de jets bij te houden, dus de piloten vliegen in een zorgvuldig berekende formatie die de tijd van de totaliteit maximaliseert, waarbij de tweede jet de achtervolging slechts een paar seconden opneemt voordat de totaliteit voor de eerste jet komt tot een einde, aldus de onderzoekers.
"Hoewel ze 100 kilometer van elkaar verwijderd zijn en ongeveer 750 kilometer per uur vliegen, zullen ze hun vlucht goed genoeg moeten timen om binnen ongeveer 10 seconden van de positie te zijn die ze moeten zijn," vertelde Caspi aan WordsSideKick.com.
Heter dan de zon
De beelden met hoge resolutie die de jets tijdens de zonsverduistering hebben vastgelegd, geven de onderzoekers een uniek bewegend beeld van de corona van de zon. Ze hopen dat het licht zal werpen op het belangrijkste mysterie van de corona: waarom is het zoveel heter dan het oppervlak van de zon zelf?
'De zonnecorona heeft een temperatuur van miljoenen graden en het zichtbare oppervlak van de zon - de fotosfeer - is slechts een paar duizend graden', zei Caspi. 'Dit soort temperatuurinversie is ongebruikelijk. Als thermodynamica werkte in de klassieke zin die we gewend zijn, dan zou je dit soort inversie niet krijgen en zou de temperatuur dalen als je hoger gaat.'
Caspi en zijn collega's hopen dat hun waarnemingen zeer fijne dynamische kenmerken in de zonnecorona zullen onthullen, misschien in de vorm van rimpelingen of golven, die processen in het magnetische veld van de zon zouden kunnen onthullen waarvan wordt gedacht dat ze de dunne corona zoveel heter houden dan de zonnecel oppervlakte.
Een tweede belangrijk doel is het zoeken naar een verklaring voor de grote zichtbare structuren in de corona, zei Caspi.
'Als je naar de corona kijkt, zie je deze zeer goed gestructureerde lussen, arcades, fans en streamers', zei hij. 'Het punt is dat ze erg glad en goed georganiseerd zijn en dat het lijkt op een pas gekamde haardos.'
Maar de magnetische velden die de corona vormen, zijn afkomstig van het zeer chaotische oppervlak van de zon, waarvan verwacht wordt dat het de gladde structuren van de corona in een verwarde mat zal verdraaien, zei Caspi.
Maar 'al deze structuren blijven stabiel en zeer goed georganiseerd, en dus laat de corona voortdurend kleine stukjes complexiteit los om zo goed georganiseerd te blijven', zei hij, 'en we begrijpen ook niet hoe dat proces gebeurt. "
Uitzicht op grote hoogte
Caspi legde uit dat het waarnemen van een zonsverduistering vanaf een hoogte van 50.000 voet (15.200 m) veel voordelen heeft ten opzichte van waarnemingen vanaf de grond.
De NASA-jets vliegen ver boven alle wolken en het grootste deel van de atmosfeer die de aarde omhult, waardoor perfect weer wordt gegarandeerd in een tijd van het jaar waarin eclipskijkers op de grond ongeveer 50 procent bewolking kunnen verwachten, zei hij.
De dunne atmosfeer en de positie van de zon en de maan bijna direct boven het hoofd zullen de vervorming tot een minimum beperken, waardoor de telescopen en camera's aan boord van het vliegtuig zeer fijne details kunnen vastleggen in de structuur van de corona van de zon, zei hij.
'We krijgen in principe in elk opzicht een betere gevoeligheid', zei Caspi. "We krijgen een betere beeldkwaliteit, we krijgen een langere waarnemingstijd, we krijgen minder verstrooid licht - dus we hebben een hogere gevoeligheid voor alle dingen die we op zoveel verschillende manieren proberen te bekijken."
De WB-57-onderzoeksstralen van NASA begonnen in de jaren zestig als B-57 Canberra-bommenwerpers. De vliegtuigen werden vervolgens aangepast door de Amerikaanse luchtmacht voor bewaking van het weer en werden gebruikt om luchtmonsters met een hoge atmosfeer te verzamelen na vermoedelijke nucleaire tests, volgens NASA.
De jets zijn sindsdien herbouwd en achteraf uitgerust met een reeks geavanceerde instrumenten en sensoren, waaronder gestabiliseerde camera's met hoge resolutie in de neus van het vliegtuig die zichtbaar licht en infrarood licht kunnen opnemen met 30 frames per seconde.
Caspi zei dat het camerasysteem is ontwikkeld door NASA om de spaceshuttles te monitoren tijdens terugkeer naar de atmosfeer, als voorzorgsmaatregel in het kielzog van de ramp met de Space Shuttle Colombia in 1986.
De totale zonsverduistering van 21 augustus zal de eerste keer zijn dat de NASA-stralen en zijn camera's worden gebruikt voor astronomie, zei Caspi.
"Dus afgezien van het feit dat het gewoon een echt geweldig stukje wetenschap is, hopen we dat dit experiment de prestaties en het potentieel van dit platform voor toekomstige astronomische waarnemingen laat zien," voegde hij eraan toe.
Dichtstbijzijnde ster
Caspi zei dat de aankomende waarnemingen het licht kunnen werpen op enkele van de slepende mysteries over onze dichtstbijzijnde ster, en astrofysici een beter begrip geven van hoe ons zonnestelsel is gevormd. Het onderzoek zou wetenschappers zelfs een glimp kunnen bieden van hoe andere planetenstelsels zich vormen rond verre sterren.
"De evolutie van het zonnestelsel wordt gedeeltelijk aangedreven door deze winden die uit de ster komen, en ze blazen veel stof weg van het innerlijke zonnestelsel, en dat is een van de redenen waarom rotsachtige planeten dichtbij komen en gasreuzen de neiging hebben om verder weg, 'zei Caspi.
De eclipsvluchten zullen onderzoekers ook een zeldzame kans bieden om de planeet Mercurius te observeren met de telescopen en camera's op de stralen, zei Caspi. Ze krijgen ook de kans om te zoeken naar de ongrijpbare Vulcanoid-asteroïden waarvan wordt aangenomen dat ze tussen Mercurius en de zon bestaan.
Caspi legde uit dat de jetcamera's zouden zijn gericht op het observeren van de binnenste planeet van ons zonnestelsel, die tijdens de zonsverduistering ongeveer een half uur voor en een half uur na de totaliteit zichtbaar zal worden in de donkere hemel.
Met hoge resolutiebeelden van Mercurius, genomen onder infrarood licht, zouden planetaire wetenschappers het oppervlak van de planeet rond de dageraad-terminator kunnen bestuderen, waar de ijskoude nacht van Mercurius plaatsmaakt voor zijn bloedhete dag, om meer te leren over het materiaal waaruit de oppervlakte.
'De dagkant van Mercurius is heet bij 750 graden F (400 graden C) en de nachtzijde is ijskoud bij min 250 graden F (minus 156 graden C), maar wat we niet weten is hoe lang het is nodig om van warm naar koud te gaan. '
Door infrarood licht te gebruiken, kunnen de wetenschappers de eigenschappen van de bodem van de planeet meten, niet alleen aan het oppervlak, maar zelfs een paar centimeter onder het oppervlak, wat onderzoekers zou kunnen helpen erachter te komen waar het van gemaakt is en hoe dicht het is , hij voegde toe.
'Deze waarnemingen zijn de eerste in hun soort die we kennen, om te proberen een infrarood warmtekaart van Mercurius te maken', zei Caspi.
