Oto jak wypadły przewidywania dotyczące korony słońca podczas zaćmienia w 2024 roku

Dla większości ludzi na Ziemi, spektakularny widok ognistej korony słońca można zaobserwować tylko podczas całkowitego zaćmienia słońca. Ale jeszcze przed szeroko obserwowanym wydarzeniem astronomicznym 8 kwietnia, badacze z Predictive Science Inc. w San Diego mieli już zarys tego, co entuzjaści zaćmień zobaczą, patrząc w niebo (SN: 4/8/24).

Od 1994 roku prywatne przedsiębiorstwo tworzy zaawansowane komputerowe symulacje dynamicznej i namagnetyzowanej atmosfery słońca dla naukowców, którzy chcą lepiej zrozumieć ewolucję atmosfery. Te symulacje przekazują stale aktualizowane informacje o koronie, aby zapewnić prognozy jej wyglądu podczas zaćmień.

Te prognozy są niezwykle ważne dla "naszych kolegów, którzy badają koronę", mówi Cooper Downs, astrofizyk pracujący w firmie. "Może to pomóc w planowaniu, mówiąc, 'Dobra, ten strumień jest w prognozie, może powinniśmy wskazać tam naszymi instrumentami'".

Kilka minut przed wydarzeniem 8 kwietnia, firma opublikowała swoją ostateczną prognozę na ten dzień (choć model nadal pracował, korzystając z nowych danych jeszcze przez dwa tygodnie). Ta prognoza dość dobrze oddała wygląd korony, choć nie do końca doskonale, prognozując kilka długich strumieni, które tak naprawdę skierowały się w nieco inne miejsca. Obserwatorzy byli w stanie uzyskać dobre dane, mówi Downs, ponieważ polegali na innych źródłach, takich jak zdjęcia satelitarne, do planowania i skupiania się na dużych i stabilnych strumieniach.

Mimo to, nie był rozczarowany niedoskonałościami modelu. Po prostu wskazuje, mówi, na potrzebę bardziej holistycznych obserwacji słońca.

Całkowite zaćmienia słońca pozwalają zdobyć więcej informacji o koronie słońca, mówi Downs. "Kiedy księżyc jest przed słońcem, jest jak doskonały okluder".

Razem, obserwacje i symulacje przybliżają badaczy do zrozumienia długotrwałych tajemnic, takich jak to, dlaczego korona, o skwarnym milionie stopni Celsjusza, jest znacznie cieplejsza od powierzchni o temperaturze około 5500° C (SN: 8/20/17). Są one również niezbędne do prognozowania zdarzeń pogodowych w przestrzeni, podczas których słońce emituje promieniowanie i naładowane cząstkami, które mogą zakłócić łączność satelitarną i wpływać na elektroniczne urządzenia na naszej planecie.

Obecnie, prognozy pogody kosmicznej są znacznie gorsze niż prognozy pogody na Ziemi. "One nawet nie są blisko", mówi Downs.

Wiele zależy od ograniczonych danych. Badacze atmosfery mają dostęp do stacji pogodowych i balonów na całym świecie, natomiast ci, którzy badają naszą lokalną gwiazdę, mają głównie jednowymiarowy widok słońca w danym momencie. Z tej ograniczonej perspektywy, naukowcy słońca próbują odtworzyć pełną trójwymiarową strukturę korony i wnioskować o takich rzeczach jak jej temperatura, gęstość, przepływy i struktura magnetyczna.

Aby zobaczyć mglistą koronę, badacze muszą stłumić blask słońca. Mogą to zrobić za pomocą sztucznego koronografu, przezroczystego krążka umieszczonego w teleskopie, który blokuje słońce i trochę przestrzeni wokół niego, aby uczynić jego atmosferę widoczną. Ale podczas zaćmienia, przyrządy mogą zobaczyć całość korony od powierzchni słońca na zewnątrz. A długi cień księżyca przyciemnia całe niebo, dzięki czemu łatwiej zauważyć niewyraźne cechy korony.

Tworzenie prognoz na temat tego, jak korona będzie wyglądać podczas zaćmienia, jest ważną częścią walidacji komputerowych modeli działania korony, mówi Chip Manchester, fizyk słońca na Uniwersytecie Michigan w Ann Arbor, który również tworzy takie symulacje. Jeżeli model zgadza się z obserwacjami, dostarcza dodatkowego zapewnienia, że dostaje prawidłową fizykę.

W 2017 roku, prognozowanie dla całkowitego zaćmienia słońca, które przeszło przez Stany Zjednoczone tego roku (SN: 8/11/17), zostało ułatwione przez fakt, że słońce było blisko minimum słonecznego, czyli punktu o najniższej aktywności w 11-letnim cyklu. Podczas minimum słonecznego, słońce jest stosunkowo stabilne, z nagłymi zmianami rzadko występującymi. Downs mógł przedstawić prognozę swojej firmy na temat tego, jak będzie wyglądać korona, na siedem dni przed zaćmieniem. Prognozy dość ścisłe pasowały do rzeczywistości.

W tym roku, słońce zbliża się do najbardziej aktywnej części swojego cyklu: maksimum słonecznego. I to spowodowało wiele różnic między prognozami zaćmienia a rzeczywistością. Podczas maksimum słonecznego, słońce jest burzliwą burzą, z częstymi błyskami wybuchającymi bez ostrzeżenia. Informacje o erupcjach na jego niewidocznym tyle nie mogły zostać włączone do symulacji, dopóki słońce nie obróciło się i nie przyniosło tej ukrytej aktywności do widzenia.

"Od razu widać: O nie, jest coś nowego, czego model jeszcze nie ma", mówi Downs. "Nic nie możemy na to poradzić. Nie możemy wymyślać danych."

For the April eclipse, the company had access to extremely up-to-date information from NASA’s Solar Dynamics Observatory, which watches the sun from Earth orbit (SN: 4/21/10). The simulations got an extra boost from the European Space Agency’s Solar Orbiter, a satellite traveling around the sun that got to witness the eclipse while off to one side relative to our planet, taking magnetic readings and other data (SN: 2/9/20).

Ideally, Manchester says, solar scientists would have at least three spacecraft spaced equally apart in orbit around the sun. “Then you would see what’s coming around from the backside.”

That setup won’t be available for the foreseeable future. But ESA has plans to bolster its observations of the corona with the PROBA-3 mission, which will block out the sun’s central regions with a coronagraph to study its outer atmosphere and is expected to launch this year. In 2029, the agency will also send up the Vigil spacecraft, a space weather observatory that can watch potentially hazardous solar activity before it rolls into view from Earth.

Downs is already working with the PROBA-3 team to simulate how their views of the sun will look after launch and is hopeful that the satellite’s data will improve predictions for the next total solar eclipse, which will grace the Arctic and far-Western Europe two years from now. “We are definitely looking forward to 2026,” he says.