Une éclipse solaire totale se produit quelque part sur Terre environ une fois tous les 18 mois. Mais parce que la surface de la Terre est principalement constituée d'océan, la plupart des éclipses ne sont visibles au-dessus de la terre que pendant une courte période, si pas du tout. L'éclipse totale de Soleil du 21 août 2017, est différent - son chemin s'étend sur terre pendant près de 90 minutes, donnant aux scientifiques une opportunité sans précédent de faire des mesures scientifiques depuis le sol.

Lorsque la Lune passe devant le Soleil le 21 août, cela masquera complètement la face brillante du Soleil. Cela se produit à cause d'une coïncidence céleste - bien que le Soleil soit environ 400 fois plus large que la Lune, la Lune le 21 août sera environ 400 fois plus proche de nous, rendant leur taille apparente dans le ciel presque égale. En réalité, la Lune nous apparaîtra légèrement plus grande que le Soleil, lui permettant d'obscurcir totalement le Soleil pendant plus de deux minutes et demie à certains endroits. S'ils avaient exactement la même taille apparente, l'éclipse totale ne durerait qu'un instant.

L'éclipse révélera l'atmosphère extérieure du Soleil, appelé la couronne, qui est sinon trop sombre pour être vu à côté du soleil brillant. Bien que nous étudiions la couronne depuis l'espace avec des instruments appelés coronographes - qui créent des éclipses artificielles en utilisant un disque métallique pour bloquer le visage du Soleil - il existe encore des régions inférieures de l'atmosphère du Soleil qui ne sont visibles que pendant les éclipses solaires totales. En raison d'une propriété de la lumière appelée diffraction, le disque d'un coronographe doit bloquer à la fois la surface du soleil et une grande partie de la couronne afin d'obtenir des images nettes. Mais parce que la Lune est si loin de la Terre - environ 230, 000 miles de distance pendant l'éclipse - la diffraction n'est pas un problème, et les scientifiques sont capables de mesurer la couronne inférieure dans les moindres détails.

La NASA profite du 21 août 2017, éclipse en finançant 11 enquêtes scientifiques au sol à travers les États-Unis. Six d'entre eux se concentrent sur la couronne solaire.

La source de la météo spatiale

Notre Soleil est une étoile active qui libère constamment un flux de particules chargées et de champs magnétiques connus sous le nom de vent solaire. Ce vent solaire, ainsi que des rots discrets de matière solaire appelés éjections de masse coronale, peut influencer le champ magnétique terrestre, envoyer des particules pleuvoir dans notre atmosphère, et - lorsqu'elles sont intenses - impactent les satellites. Bien que nous soyons capables de suivre ces éruptions solaires lorsqu'elles quittent le Soleil, la clé pour prédire quand ils se produiront pourrait résider dans l'étude de leurs origines dans l'énergie magnétique stockée dans la couronne inférieure.

Une équipe dirigée par Philip Judge de l'Observatoire de haute altitude de Boulder, Colorado, utilisera de nouveaux instruments pour étudier la structure du champ magnétique de la couronne en imageant cette couche atmosphérique pendant l'éclipse. Les instruments imageront la couronne pour voir les empreintes digitales laissées par le champ magnétique dans les longueurs d'onde visibles et proches de l'infrarouge depuis le sommet d'une montagne près de Casper, Wyoming. Un instrument, POLARCAM, utilise une nouvelle technologie basée sur les yeux de la crevette mante pour obtenir de nouvelles mesures de polarisation, et servira de preuve de concept pour une utilisation dans les futures missions spatiales. La recherche améliorera notre compréhension de la façon dont le Soleil génère la météo spatiale.

"Nous voulons comparer les données infrarouges que nous capturons et les données ultraviolettes enregistrées par le Solar Dynamics Observatory de la NASA et le satellite Hinode de la JAXA/NASA, " a déclaré le juge. "Ce travail confirmera ou réfutera notre compréhension de la façon dont la lumière à travers l'ensemble du spectre se forme dans la couronne, peut-être aider à résoudre certains désaccords lancinants."

Les résultats de la caméra viendront compléter les données d'une étude aéroportée imageant la couronne dans l'infrarouge, ainsi qu'une autre étude infrarouge au sol dirigée par Paul Bryans à l'Observatoire de haute altitude. Bryans et son équipe seront assis dans une caravane au sommet de Casper Mountain dans le Wyoming, et pointez un instrument spécialisé sur l'éclipse. L'instrument est un spectromètre, qui recueille la lumière du Soleil et sépare chaque longueur d'onde de la lumière, mesurer leur intensité. Ce spectromètre particulier, appelé l'interféromètre aéroporté NCAR, volonté, pour la première fois, surveiller la lumière infrarouge émise par la couronne solaire.

"Ces études sont complémentaires. Nous aurons les informations spectrales, qui révèle les longueurs d'onde composantes de la lumière, " a déclaré Bryans. " Et l'équipe de Philip Judge aura la résolution spatiale pour dire d'où viennent certaines caractéristiques. "

Ces nouvelles données aideront les scientifiques à caractériser le champ magnétique complexe de la couronne, des informations cruciales pour comprendre et éventuellement aider à prévoir les événements météorologiques spatiaux. Les scientifiques augmenteront leur étude en analysant leurs résultats aux côtés d'observations spatiales correspondantes provenant d'autres instruments à bord de l'observatoire de dynamique solaire de la NASA et du projet commun NASA/JAXA Hinode.

A Madras, Oregon, une équipe de scientifiques de la NASA dirigée par Nat Gopalswamy au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, pointera un nouveau, caméra de polarisation spécialisée dans la faible atmosphère extérieure du Soleil, la couronne, prendre des expositions de plusieurs secondes à quatre longueurs d'onde sélectionnées en un peu plus de deux minutes. Leurs images captureront des données sur la température et la vitesse de la matière solaire dans la couronne. Actuellement, ces mesures ne peuvent être obtenues qu'à partir d'observations terrestres lors d'une éclipse solaire totale.

Pour étudier la couronne à des moments et des endroits en dehors d'une éclipse totale, les scientifiques utilisent des coronographes, qui imitent les éclipses en utilisant des disques solides pour bloquer le visage du Soleil de la même manière que l'ombre de la Lune. Les coronographes typiques utilisent un filtre polariseur dans un mécanisme qui tourne sous trois angles, l'un après l'autre, pour chaque filtre de longueur d'onde. La nouvelle caméra est conçue pour éliminer ce maladroit, processus chronophage, en incorporant des milliers de minuscules filtres de polarisation pour lire la lumière polarisée dans différentes directions simultanément. Le test de cet instrument est une étape cruciale vers l'amélioration des coronographes et, finalement, notre compréhension de la couronne, la racine même du rayonnement solaire qui remplit l'environnement spatial de la Terre.

Chauffage coronal inexpliqué

La réponse à un autre mystère réside également dans la couronne inférieure :on pense qu'elle détient les secrets d'une question de longue date sur la façon dont l'atmosphère solaire atteint des températures aussi élevées de manière inattendue. La couronne solaire est beaucoup plus chaude que sa surface, ce qui est contre-intuitif, car l'énergie du Soleil est générée par la fusion nucléaire en son cœur. Habituellement, les températures baissent constamment lorsque vous vous éloignez de cette source de chaleur, de la même manière qu'il se refroidit lorsque vous vous éloignez d'un feu - mais pas dans le cas de l'atmosphère du Soleil. Les scientifiques soupçonnent que des mesures détaillées de la façon dont les particules se déplacent dans la couronne inférieure pourraient les aider à découvrir le mécanisme qui produit cet énorme échauffement.

Padma Yanamandra-Fisher du Space Science Institute dirigera une expérience pour prendre des images de la couronne inférieure en lumière polarisée. La lumière polarisée est lorsque toutes les ondes lumineuses sont orientées de la même manière, et il est produit lorsqu'il est ordinaire, la lumière non polarisée traverse un milieu - dans ce cas, les électrons de la couronne solaire interne.

"En mesurant la luminosité polarisée de la couronne solaire interne et en utilisant la modélisation numérique, nous pouvons extraire le nombre d'électrons le long de la ligne de visée, " dit Yanamandra-Fisher. " Essentiellement, nous cartographions la distribution des électrons libres dans la couronne solaire interne."

La cartographie de la couronne interne en lumière polarisée pour révéler la densité des élections est un facteur critique dans la modélisation des ondes coronales, une source possible de chauffage coronal. En plus des images lumineuses non polarisées collectées par le projet de science citoyenne financé par la NASA appelé Citizen CATE, qui rassemblera des images d'éclipse de tout le pays, ces mesures de lumière polarisée pourraient aider les scientifiques à aborder la question des températures inhabituellement élevées de la couronne solaire.

Shadia Habbal de l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï à Honolulu dirigera une équipe de scientifiques pour imager le Soleil pendant l'éclipse solaire totale. Le long chemin de l'éclipse au-dessus de la terre permet à l'équipe d'imager le Soleil à partir de cinq sites dans quatre états différents, à environ 600 milles l'un de l'autre, leur permettant de suivre les changements à court terme de la couronne et d'augmenter les chances de beau temps.

Ils utiliseront des spectromètres, qui analysent la lumière émise par différents éléments ionisés de la couronne. Les scientifiques utiliseront également des filtres uniques pour imager sélectivement la couronne dans certaines couleurs, ce qui leur permet de sonder directement la physique de l'atmosphère extérieure du Soleil.

Avec ces données, ils peuvent explorer la composition et la température de la couronne, et mesurer la vitesse des particules sortant du Soleil. Différentes couleurs correspondent à différents éléments-nickel, le fer et l'argon - qui ont perdu des électrons, ou été ionisé, dans la chaleur extrême de la couronne, et chaque élément s'ionise à une température spécifique. En analysant ensemble ces informations, les scientifiques espèrent mieux comprendre les processus qui chauffent la couronne.

Amir Caspi du Southwest Research Institute de Boulder, Colorado, et son équipe utilisera deux des jets de recherche WB-57F de la NASA pour effectuer des observations à partir de télescopes jumeaux montés sur le nez des avions. Ils captureront les images les plus claires de l'atmosphère extérieure du Soleil - la couronne - à ce jour et les toutes premières images thermiques de Mercure, révélant comment la température varie à travers le