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Finsternisse wecken Staunen und bringen Menschen zusammen, um Zeuge eines atemberaubenden Himmelsphänomens zu werden. Diese kosmischen Ereignisse ermöglichen es Wissenschaftlern jedoch auch, die Geheimnisse des Sonnensystems zu lüften.
Während der totalen Sonnenfinsternis am 8. April, wenn der Mond vorübergehend das Gesicht der Sonne vor den Augen von Millionen Menschen in Mexiko, den Vereinigten Staaten und Kanada verdeckt, werden mehrere Experimente durchgeführt, um einige der größten ungelösten Fragen besser zu verstehen über den goldenen Stern. Kugel.
Die NASA wird WB-57-Höhenforschungsraketen und Höhenflugzeuge starten, um Aspekte der Sonne und der Erde zu erforschen, die nur während einer Sonnenfinsternis möglich sind. Diese Bemühungen sind Teil einer langen Geschichte von Versuchen, wertvolle Daten und Beobachtungen zu sammeln, wenn der Mond vorübergehend das Sonnenlicht blockiert.
Einer der vielleicht berühmtesten wissenschaftlichen Meilensteine im Zusammenhang mit Sonnenfinsternissen ereignete sich am 29. Mai 1919, als eine totale Sonnenfinsternis den Beweis für Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie lieferte, die der Wissenschaftler laut NASA erstmals 1916 systematisch beschrieb.
Einstein hatte vorgeschlagen, dass die Schwerkraft das Ergebnis der Krümmung von Zeit und Raum sei und dadurch die Struktur des Universums verzerre. Als Beispiel schlug Einstein vor, dass der Gravitationseinfluss eines großen Objekts wie der Sonne das von einem anderen Objekt, beispielsweise einem fast dahinter befindlichen Stern, emittierte Licht ablenken könnte, sodass das Objekt aus der Sicht der Erde etwas weiter entfernt erscheint. Eine wissenschaftliche Expedition zur Beobachtung der Sterne Brasiliens und Westafrikas unter der Leitung des englischen Astronomen Sir Arthur Eddington während der Sonnenfinsternis von 1919 ergab, dass einige Sterne tatsächlich am falschen Ort zu sein schienen, und bestätigte damit Einsteins Theorie.
Diese Entdeckung ist nur eine von vielen wissenschaftlichen Lehren aus Finsternissen.
Während der Sonnenfinsternis im Jahr 2017, die die Vereinigten Staaten durchquerte, führten die NASA und andere Raumfahrtbehörden Beobachtungen mit 11 verschiedenen Raumfahrzeugen und zwei Höhenflugzeugen durch.
Die während dieser Sonnenfinsternis gesammelten Daten halfen Wissenschaftlern, genau vorherzusagen, wie die Korona bzw. die warme Außenatmosphäre der Sonne während der Sonnenfinsternisse 2019 und 2021 aussehen würde. Trotz ihrer sengenden Temperaturen ist die Korona blasser als die helle Oberfläche der Sonne, aber sie erscheint während einer Sonnenfinsternis als Halo um die Sonne, wenn der Mond den größten Teil des Sonnenlichts blockiert, was die Untersuchung erleichtert.
Warum die Korona Millionen Grad heißer ist als die eigentliche Sonnenoberfläche, ist eines der bleibenden Rätsel unseres Sterns. Eine Studie aus dem Jahr 2021 ergab neue Hinweise, die zeigen, dass die Korona eine konstante Temperatur aufrechterhält, obwohl die Sonne einen 11-jährigen Zyklus aus abnehmender und zunehmender Aktivität durchläuft. Nach Angaben der NASA waren diese Entdeckungen dank mehr als einem Jahrzehnt Beobachtungen der Sonnenfinsternis möglich.
Obwohl die Sonne bei früheren Finsternissen ruhiger war, erreicht sie in diesem Jahr den Höhepunkt ihrer Aktivität, das sogenannte Sonnenmaximum, und bietet Wissenschaftlern eine seltene Gelegenheit.
Und während der Sonnenfinsternis am 8. April könnten Bürgerwissenschaftler und Forschungsteams neue Entdeckungen machen, die unser Verständnis unseres Teils des Universums verbessern könnten.
Raketen in Richtung einer Sonnenfinsternis schicken
Die Beobachtung der Sonne während einer Sonnenfinsternis hilft Wissenschaftlern auch dabei, besser zu verstehen, wie Sonnenmaterie von der Sonne abfließt. Geladene Teilchen, bekannt als Plasma, erzeugen Weltraumwetter, das mit einer oberen Schicht der Erdatmosphäre, der sogenannten Ionosphäre, interagiert. Die Region bildet eine Grenze zwischen der unteren Erdatmosphäre und dem Weltraum.
Die von der Sonne während des Sonnenmaximums freigesetzte energiereiche Sonnenaktivität könnte die Internationale Raumstation und die Kommunikationsinfrastruktur beeinträchtigen. Viele erdnahe Satelliten und Radiowellen operieren in der Ionosphäre, was bedeutet, dass sich das dynamische Weltraumwetter auf GPS und die Funkkommunikation über große Entfernungen auswirkt.
Zu den Experimenten zur Untersuchung der Ionosphäre während der Sonnenfinsternis gehören Ballonfahrten in großer Höhe und eine Bürgerwissenschaftsinitiative, die Amateurfunker zur Teilnahme einlädt. Operatoren an verschiedenen Standorten werden die Stärke ihrer Signale und die Entfernung, die sie während der Sonnenfinsternis zurücklegen, aufzeichnen, um zu sehen, wie sich Veränderungen in der Ionosphäre auf die Signale auswirken. Die Forscher führten dieses Experiment auch während der ringförmigen Sonnenfinsternis im Oktober 2023 durch, als der Mond das Sonnenlicht nicht vollständig blockierte, und die Daten werden noch analysiert.
In einem weiteren wiederholten Experiment werden vor, während und nach der Sonnenfinsternis drei Höhenforschungsraketen nacheinander von der Wallops Flight Facility der NASA in Virginia starten, um die Auswirkungen des plötzlichen Verschwindens des Sonnenlichts auf die obere Erdatmosphäre zu messen.
Aroh Barjatya, Professor für technische Physik an der Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Florida, leitet das Experiment mit dem Titel „Atmospheric Perturbations Around the Path of the Eclipse“, das erstmals während der ringförmigen Sonnenfinsternis im Oktober durchgeführt wurde.
Jede Rakete wird vier wissenschaftliche Instrumente in der Größe einer Limonadeflasche in den Pfad der Totalität schleudern, um Änderungen der Temperatur, der Teilchendichte sowie der elektrischen und magnetischen Felder der Ionosphäre in etwa 55 bis 310 Meilen Entfernung (90 bis 500 Kilometer) über dem Boden zu messen .
„Das Verständnis der Ionosphäre und die Entwicklung von Modellen, die uns helfen, Störungen vorherzusagen, sind entscheidend für das reibungslose Funktionieren unserer zunehmend kommunikationsabhängigen Welt“, sagte Barjatya in einer Erklärung.
Die Höhenforschungsraketen werden während des Fluges eine maximale Höhe von 260 Meilen (420 Kilometer) erreichen.
Während der ringförmigen Sonnenfinsternis im Jahr 2023 haben Raketeninstrumente abrupte und unmittelbare Veränderungen in der Ionosphäre gemessen.
„Wir sahen Störungen, die die Funkkommunikation bei der zweiten und dritten Eruption beeinträchtigen könnten, nicht jedoch bei der ersten Eruption, die vor dem Höhepunkt der lokalen Sonnenfinsternis stattfand“, sagte Barjatya. „Wir freuen uns sehr, sie während der totalen Sonnenfinsternis noch einmal laufen zu lassen, um zu sehen, ob die Störungen in derselben Höhe beginnen und ob ihre Stärke und ihr Ausmaß gleich bleiben.“
Über den Wolken schweben
An Bord des NASA-Höhenforschungsflugzeugs WB-57 werden drei verschiedene Experimente durchgeführt.
WB-57 können fast 9.000 Pfund (4.082 Kilogramm) wissenschaftliche Instrumente bis zu 60.000 bis 65.000 Fuß (18.288 bis 19.812 Meter) über der Erdoberfläche befördern, was sie zum Arbeitspferd des luftgestützten Wissenschaftsprogramms der NASA macht, sagte Peter Layshock, Direktor der NASA Luftgestütztes Wissenschaftsprogramm. WB-57 High Altitude Research Program am Johnson Space Center in Houston.
Der Vorteil der Verwendung von WB-57 besteht darin, dass ein Pilot und Ausrüstungsbediener etwa 6 1/2 Stunden lang über den Wolken fliegen kann, ohne auf dem gesamten Weg der Sonnenfinsternis, der Mexiko und die Vereinigten Staaten abdeckt, aufzutanken, was eine kontinuierliche und freie Sicht ermöglicht. Aufgrund der Flugbahn der Flugzeuge bleiben die Instrumente länger im Schatten des Mondes als am Boden. Vier Minuten totaler Aufenthalt am Boden seien eher sechs Minuten totaler Aufenthalt im Flugzeug, sagte Layshock.
Ein Experiment wird sich auch auf die Ionosphäre konzentrieren, wobei ein Instrument namens Ionosonde verwendet wird, das wie ein Radar funktioniert, indem es hochfrequente Radiosignale sendet und auf Echos wartet, die von der Ionosphäre reflektiert werden, um die Anzahl der darin enthaltenen geladenen Teilchen zu messen.
Die anderen beiden Experimente konzentrieren sich auf die Krone. Ein Projekt wird Kameras und Spektrometer einsetzen, um mehr Details über die Temperatur und die chemische Zusammensetzung der Korona zu erfahren und Daten über große Explosionen von Sonnenmaterial aus der Sonne zu erfassen, die als koronale Massenauswürfe bekannt sind.
Ein weiteres Projekt unter der Leitung von Amir Caspi, einem leitenden Wissenschaftler am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, zielt darauf ab, Bilder der Sonnenfinsternis aus 50.000 Fuß (15.240 Metern) Höhe über der Erdoberfläche aufzunehmen, in der Hoffnung, die Strukturen und Details der Sonnenfinsternis auszuspionieren Finsternis. mittlere und untere Krone. Mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras mit hoher Auflösung, die Bilder im sichtbaren und infraroten Licht aufnehmen können, wird das Experiment auch nach Asteroiden suchen, die im Sonnenlicht kreisen.
„Im Infrarotbereich wissen wir nicht wirklich, was wir sehen werden, und das ist Teil des Geheimnisses dieser seltenen Beobachtungen“, sagte Caspi. „Jede Sonnenfinsternis gibt Ihnen eine neue Gelegenheit, die Dinge zu erweitern, indem Sie das, was Sie während der letzten Sonnenfinsternis gelernt haben, nutzen und ein neues Puzzleteil lösen.“
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