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    Eclipse 2017:ciencia desde la sombra de las lunas

    Un equipo de científicos financiado por la NASA dirigido por Amir Caspi del Southwest Research Institute usó telescopios montados en un par de aviones de la NASA para extender su tiempo de observación de la corona solar. visto aquí en luz visible de longitud de onda verde. Crédito:NASA / SwRI / Amir Caspi / Dan Seaton

    El 11 de diciembre 2017, seis investigadores discutieron los hallazgos iniciales basados ​​en observaciones del Sol y en la Tierra recopiladas durante el eclipse solar que se extendió por América del Norte el 21 de agosto. 2017. A partir de nueva información sobre la forma en que la atmósfera del Sol genera calor, a cómo la caída de la energía solar afectó a la atmósfera de la Tierra, e incluso cómo protegerse contra la contaminación de otros planetas con bacterias, los investigadores compartieron sus resultados en la reunión de otoño de la Unión Geofísica Estadounidense, en Nueva Orleans.

    "Este eclipse nos dio la oportunidad de cimentar la idea de la conexión Sol-Tierra, "dijo Lika Guhathakurta, quien encabezó los esfuerzos científicos de la NASA para el eclipse del 21 de agosto. "Una variedad de nuevas observaciones, instrumentos y plataformas de observación fueron habilitados por este eclipse. Será fascinante ver cómo se convierten en nuevos planes de investigación y nueva tecnología para uso futuro ".

    Un momento en la atmósfera del sol

    Si bien los eclipses solares totales ocurren aproximadamente una vez cada 18 meses en algún lugar de la Tierra, el eclipse de agosto fue raro en su largo camino sobre la tierra:el eclipse total duró aproximadamente 90 minutos en total, desde que llegó por primera vez a la costa de Oregón hasta que abandonó el continente norteamericano en Carolina del Sur. Este largo El camino ininterrumpido sobre la tierra proporcionó a los científicos un cambio poco común para investigar el Sol y su influencia en la Tierra de formas que generalmente no son posibles.

    Durante los pocos momentos de un eclipse solar total, la corona del Sol, que de otra manera sería demasiado tenue para ver junto a su cara brillante, es visible desde la Tierra. Estudiamos la corona desde el espacio con instrumentos llamados coronógrafos, que crean eclipses artificiales mediante el uso de un disco de metal para bloquear la cara del Sol.

    Pero las regiones más internas de la corona del Sol en luz blanca solo son visibles durante los eclipses solares totales. Debido a una propiedad de la luz llamada difracción, el disco de un coronógrafo debe bloquear tanto la superficie del Sol como una gran parte de la corona para obtener imágenes nítidas. Pero debido a que la Luna está tan lejos de la Tierra, alrededor de 230, 000 millas de distancia durante el eclipse de agosto:la difracción no es un problema, y los científicos pueden medir la corona inferior con gran detalle.

    Dos científicos hablaron en la rueda de prensa sobre su investigación sobre la corona:Amir Caspi, un científico espacial en el Southwest Research Institute en Boulder, Colorado, y Matt Penn, del Observatorio Solar Nacional. El estudio de la corona de nuestro Sol brinda una oportunidad tanto para comprender qué impulsa su intenso calor como para mejorar nuestra capacidad de pronosticar cuándo el Sol podría entrar en erupción con explosiones gigantes de material solar conocidas como eyecciones de masa coronal. que pueden afectar nuestro entorno espacial y, cuando son intensos, impactar satélites.

    Como explicó Caspi:Dependiendo de la ubicación en el suelo, alguien que estudie el Sol durante el eclipse del 21 de agosto podría recopilar datos de hasta 2 minutos y 42 segundos. Pero el proyecto de Caspi, financiado por la NASA, se inspiró en estudios de eclipses pasados ​​para extender ese tiempo aún más. Usando un par de jets NASA WB-57, Caspi y su equipo tuvieron una vista ininterrumpida de la corona solar durante poco más de siete minutos y medio.

    Aunque originalmente fueron diseñados para ayudar a monitorear los lanzamientos de transbordadores espaciales, los telescopios, y los chorros en los que estaban montados, fueron una bendición sorprendente para la ciencia solar.

    "Estos instrumentos no fueron construidos para la ciencia; fueron reutilizados para la ciencia, ", dijo Caspi." Este fue el primer proyecto de astronomía aerotransportada en la plataforma WB-57 ".

    Esta ciencia modernizada hace que el análisis de datos sea aún más desafiante, ya que las imágenes deben procesarse y calibrarse cuidadosamente para revelar detalles clave sobre las ondas magnéticas del Sol y su relación con las temperaturas extraordinariamente altas en la corona solar.

    Matt Penn también aprovechó la trayectoria del eclipse sobre la tierra para obtener un conjunto único de observaciones. El proyecto Citizen CATE, abreviatura de Continental-America Telescopic Eclipse, consta de 68 pequeños telescopios idénticos distribuidos en el camino de la totalidad y operados por ciudadanos y estudiantes científicos.

    "Cuando la sombra de la Luna salió de uno de nuestros telescopios, cubrió el siguiente en nuestra red, "dijo Penn." En lugar de observar durante dos minutos y medio, pudimos observar durante 93 minutos ".

    La cámara de imágenes policromáticas terrestres (EPIC) de la NASA rastreó la trayectoria del eclipse solar total en América del Norte el 21 de agosto. 2017. Los científicos de la NASA utilizarán estas observaciones para comprender mejor cómo las nubes afectan el equilibrio energético de la Tierra. Crédito:NASA Goddard / DSCOVR / EPIC

    Durante el eclipse, 61 de los 68 telescopios del proyecto lograron capturar imágenes coronales, que asciende a 82 minutos de tiempo total de observación de los 93 minutos que el eclipse solar total ocurrió sobre la tierra. Este éxito significa que hay una gran cantidad de datos para que el equipo analice, aunque Penn dice que pudieron capturar imágenes detalladas de las características solares en las que estaban más interesados:el viento solar rápido fluye cerca de los polos norte y sur del Sol.

    Explorando la conexión Sol-Tierra

    Otros científicos presentes en la sesión informativa presentaron resultados sobre el impacto del eclipse más cerca de casa. Alto en la atmósfera superior de la Tierra, por encima de la capa de ozono, La intensa radiación del Sol crea una capa de partículas electrificadas llamada ionosfera. Esta región de la atmósfera reacciona a los cambios tanto de la Tierra abajo como del espacio arriba. Tales cambios en la atmósfera inferior o en el clima espacial pueden manifestarse como interrupciones en la ionosfera que pueden interferir con las señales de comunicación y navegación.

    Greg Earle, de Virginia Tech, utilizó el eclipse como laboratorio natural para probar modelos de los efectos de la ionosfera en estas señales de comunicación. Earle y su equipo utilizaron modelos informáticos para estimar cómo afectaría el eclipse a las señales de radio, principalmente, qué tan lejos podían viajar a través de la atmósfera antes de desaparecer. Ellos predijeron que el eclipse ampliaría el rango de señales de radio debido a una caída en el número de partículas energizadas en la ionosfera. similar a lo que pasa por la noche. Y tenían razón.

    "Los datos fueron una confirmación de que nuestro modelo estaba en el camino correcto, "dijo Earle." Durante el eclipse, las señales de radio se propagaron mucho, mucho más lejos de lo que lo hacen en un día normal ".

    Earle y su equipo utilizaron una letanía de transmisores y receptores de radio para probar el rango de señales de radio durante el eclipse:dos estaciones de radar preexistentes, cuatro emplazamientos de antenas construidos a medida, e informes de miles de radioaficionados de toda América del Norte, quienes ofrecieron voluntariamente sus observaciones como parte de un concurso organizado en conjunto con la American Radio Relay League.

    Validar este modelo de la ionosfera es un paso hacia la comprensión de los cambios menos predecibles en la ionosfera que pueden afectar la confiabilidad de nuestras comunicaciones y señales de navegación.

    Angela Des Jardins de la Universidad Estatal de Montana habló en la sesión informativa sobre el Proyecto de Globos Aerostáticos Eclipse, que hizo volar globos a través de la atmósfera inferior de la Tierra durante el eclipse. Si vio el eclipse en línea el 21 de agosto, Algunas de las imágenes en vivo que viste pueden provenir de estos globos. Los globos, volados a más de 100, 000 pies por 55 equipos de estudiantes universitarios y de secundaria:proporcionaron las primeras imágenes en vivo de un eclipse de esta región de la atmósfera. Más allá de brindar excelentes vistas, también permitieron una ciencia única.

    El proyecto incorporó vuelos en globos meteorológicos desde una docena de lugares para formar una imagen de cómo la atmósfera inferior de la Tierra, la parte con la que interactuamos y que afecta directamente nuestro clima, reaccionó al eclipse. Estos datos revelaron que la capa límite planetaria, la parte más baja de la atmósfera de la Tierra, cayó casi a su altitud nocturna durante el eclipse.

    Varias docenas de los globos del eclipse también volaron tarjetas que contenían bacterias inofensivas para ayudarnos a comprender los posibles problemas de contaminación planetaria.

    "No queremos contaminar otros planetas cuando enviamos robots, o incluso humanos, por lo que debemos entender si la vida microscópica, como bacterias, podría sobrevivir en Marte, "dijo Des Jardins.

    De muchas maneras, La estratosfera de la Tierra es similar al medio ambiente en la superficie de Marte, con una excepción principal:la cantidad de luz solar. Pero durante el eclipse el nivel de la luz solar se redujo a algo más cercano a lo que cabría esperar ver en Marte, proporcionando el entorno perfecto para probar la resistencia de estos posibles invasores de Marte. Los científicos están analizando los datos de este experimento, y espero tener resultados para publicar en los próximos meses.

    Jay Herman, Científico líder de EPIC en NASA Goddard, presentó cómo el evento del 21 de agosto dio a los científicos la oportunidad de estudiar los efectos del eclipse que bloqueó parte de la luz solar que llegaba a la Tierra. Este es un paso para medir con mayor precisión el papel de las nubes en la regulación de la cantidad de energía solar que llega a la superficie de la Tierra. y cuánto se refleja en el espacio. Los programas de computadora pueden estimar el impacto de diferentes tipos de nubes en el presupuesto energético de la Tierra, y un evento como el eclipse, donde la Luna actúa como un gigante, nube impenetrable:puede mejorar esos programas.

    Las estructuras de la corona solar son visibles con luz polarizada, como la prominencia oscura que se puede ver en la parte inferior derecha del Sol capturada durante el eclipse de Tetonia, Idaho. Crédito:David Elmore y Richard Kautz

    El Observatorio del Clima del Espacio Profundo, una nave espacial de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica que orbita a 1 millón de millas de la Tierra y siempre está ubicada entre la Tierra y el Sol, proporcionó una plataforma única para ver el eclipse y su impacto. Lleva un instrumento de la NASA llamado Cámara de Imágenes Policromáticas de la Tierra, o EPIC, que mide diferentes longitudes de onda de luz reflejada en la Tierra.

    Cuando Herman y sus colegas midieron cuánta luz se reflejaba durante el eclipse, encontraron que se redujo en un 10 por ciento en todo el mundo. Regular, los días sin eclipse suelen variar en menos del 1 por ciento, en comparación.

    Y más...

    Muchos otros científicos, con el apoyo de la NASA, aprovecharon el eclipse para realizar estudios novedosos del Sol y la Tierra el 21 de agosto.

    Investigación solar

    Un grupo financiado por la NASA dirigido por Shadia Habbal en la Universidad de Hawai encontró material atípicamente frío en la corona sobre un área donde una eyección de masa coronal acababa de estallar en la superficie. antes del eclipse. Este hallazgo está ayudando a los científicos a comprender la física de los plasmas dinámicos en la corona.

    En Madrás, Oregón, un equipo de científicos de la NASA dirigido por Nat Gopalswamy del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, señaló un nuevo, cámara de polarización especializada en la corona, tomando 50 imágenes en cuatro longitudes de onda diferentes en poco más de dos minutos. Las imágenes capturaron datos sobre la temperatura y la velocidad del material solar en la corona.

    Los coronógrafos típicos utilizan un filtro polarizador en un mecanismo que gira en tres ángulos, uno después del otro, para cada filtro de longitud de onda. La nueva cámara fue diseñada para eliminar este proceso que consume mucho tiempo, incorporando miles de pequeños filtros de polarización para leer la luz polarizada en diferentes direcciones simultáneamente.

    Los resultados del equipo fueron consistentes con los de eclipses previos observados por los mayores, Cámaras de polarización más torpes, demostrando con éxito que el instrumento se puede utilizar para obtener mediciones precisas sin una rueda de polarización. Con más pruebas y desarrollo, La cámara del grupo eventualmente madurará y se convertirá en un instrumento destinado a los vuelos espaciales.

    Paul Bryans, un científico en UCAR, dirigió otro proyecto financiado por la NASA para estudiar el Sol durante el eclipse de agosto. Pudieron capturar un espectro de la corona solar en longitudes de onda que se extienden desde aproximadamente 1 a 5 micrones, longitudes de onda mucho más largas que las que componen los tipos de luz que nuestros ojos pueden ver. Este espectro es una medida que no se realiza con frecuencia, Bryans y su equipo esperan que revele características interesantes sobre la atmósfera del Sol.

    El equipo de Bryans también se centró en capturar imágenes de la cromosfera, la parte de la atmósfera del Sol debajo de la corona, justo antes y después de la totalidad, cuando sería visible más allá del borde de la Luna sin verse abrumado por el rostro brillante del Sol.

    "Una de las cosas interesantes que hemos hecho hasta ahora es comparar los resultados con otros experimentos de eclipses, "dijo Bryans. En particular, al comparar sus datos con los recopilados por un experimento aerotransportado de la National Science Foundation, pueden señalar qué partes del espectro solar son prometedoras para futuros estudios terrestres. "Una de las cosas que necesitamos saber es exactamente qué longitudes de onda absorbe el aire:si la atmósfera de la Tierra absorbe la luz que estás buscando, no tiene sentido."

    Felipe Juez, también del Observatorio de Gran Altitud, dirigió un equipo en estrecha colaboración con Bryans para estudiar la corona y la cromosfera del Sol con espectrógrafos —instrumentos que clasifican la luz por sus longitudes de onda componentes— para ver las huellas dactilares dejadas por el campo magnético del Sol. Este espectro de destellos cromosféricos, grabado con una resolución de tiempo sin precedentes, permite al equipo estudiar la cromosfera en función de la altura a escalas de unos pocos kilómetros. El análisis de estos datos está en curso.

    La ionosfera es la región de la atmósfera terrestre donde se cargan las partículas, y se ve afectado tanto por el clima terrestre desde abajo como por el clima espacial desde arriba. Muchas señales de comunicaciones pasan a través de la ionosfera, por lo que los cambios en esta región pueden alterar estas señales. Greg Earle de Virginia Tech dirigió un equipo financiado por la NASA para utilizar el eclipse como un laboratorio natural para investigar la respuesta de la ionosfera a las condiciones cambiantes y sus efectos en las señales de radio. Crédito:NASA Goddard / Genna Duberstein / CIL / Krystofer Kim

    Judge también coordinó con el experimento del espectrómetro infrarrojo aerotransportado del Smithsonian. Los resultados preliminares de este proyecto muestran dos líneas de emisión de la corona nunca antes vistas. Estos datos también se calibraron de forma cruzada con coronógrafos terrestres que se utilizan a diario fuera del eclipse y están dando a los investigadores una comprensión clara de la relación entre la emisión de la corona y la luz que absorbe la atmósfera terrestre.

    Trabajando junto con el proyecto Citizen CATE en dos sitios de telescopios, Padma Yanamandra-Fisher y su equipo utilizaron el eclipse de agosto para medir la luz polarizada de la corona solar interior, que solo se puede observar desde el suelo durante un eclipse solar total. Estudiar la corona interna del Sol en luz polarizada ayuda a los científicos a rastrear las firmas de la actividad solar que pueden ayudar a explicar las temperaturas extraordinariamente altas de la corona.

    El análisis inicial muestra que la polarización fue mayor a lo largo del ecuador del Sol, mostrando dónde eran más abundantes los electrones libres, así como otras características de la corona. También encontraron una estructura de material expulsado, una prominencia, que estaba muy débilmente polarizada.

    El equipo de Yanamandra-Fisher también combinará sus datos con los de Citizen CATE para ayudar a arrojar luz sobre la variabilidad a corto plazo en la corona solar. que ocurre en una escala de tiempo de unas pocas horas.

    "El conjunto de datos que adquirimos de uno de nuestros dos sitios es uno de los mejores conjuntos de datos de polarización visible de la corona interna disponibles en este momento, porque teníamos un sitio de observación prístino en Tetonia, Idaho, y un gran ejemplo de colaboración entre observadores profesionales y aficionados, "dijo Yanamandra-Fisher.

    Investigación ionosférica

    Mientras la sombra se movía por el país, cortar la fuente habitual de radiación ionizante de la ionosfera, un equipo dirigido por Phil Erickson del Observatorio Haystack del Instituto de Tecnología de Massachusetts observó ondas de arco circulares:alteraciones en la densidad de electrones de la región, llamado así por su similitud con las olas que hace un barco cuando navega por el agua. Estas ondas aceleraban a lo largo del camino de la totalidad a 300 millas por segundo. Las perturbaciones ionosféricas viajeras son a veces responsables de los patrones del clima espacial en la atmósfera superior, ya menudo están vinculados a ondas de gravedad atmosféricas.

    "Nuestras mediciones ionosféricas durante el eclipse de agosto de 2017 fueron extremadamente bien. El radar ionosférico de alta potencia en Millstone Hill en el este de Massachusetts funcionó perfectamente durante cinco días alrededor del eclipse, medir la densidad ionosférica, temperatura, y velocidad por encima de la cabeza y también en diferentes direcciones en la costa este, "dijo Erickson." Además, Nuestro software de contenido de electrones totales basado en GPS produjo mapas de amplia cobertura de la respuesta ionosférica en todo el continente de América del Norte. Ambos conjuntos de datos tienen muchas características fascinantes, algunos de los cuales fueron inesperados ".

    Bob Marshall y su equipo, de la Universidad de Colorado Boulder, sondeó la respuesta de la región D de la ionosfera al eclipse con muy baja frecuencia, o VLF, señales de radio. Esta es la parte más baja y menos densa de la ionosfera, y por eso, el menos comprendido.

    La recopilación de datos fue bien Marshall dijo, y el grupo obtuvo todos los datos que esperaban. El equipo recolectó señales de transmisores VLF que viajaban a través del camino de la totalidad en Boulder; Bear Lake, Utah; y Elginfield, Ontario, Canadá. Todas las observaciones mostraron firmas claras del eclipse, así como una llamarada solar inesperada.

    "Seguimos juntando las simulaciones del modelo para validar estas observaciones VLF del eclipse, ", Dijo Marshall." El modelo es bastante complicado y complejo, pero estamos haciendo un gran progreso ".


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