Lorsque l'éclipse solaire totale a balayé les États-Unis le 21 août, 2017, Les satellites de la NASA ont capturé un ensemble diversifié d'images depuis l'espace. Mais quelques jours avant l'éclipse, certains satellites de la NASA ont également permis aux scientifiques de prédire à quoi ressemblerait la couronne - l'atmosphère extérieure du Soleil - pendant l'éclipse, à partir du sol. En plus d'offrir une étude de cas pour tester nos capacités prédictives, les prédictions ont également permis à certains scientifiques de l'éclipse de choisir à l'avance leurs cibles d'étude.

Science prédictive, Inc., San Diego, Californie—une société privée de recherche en physique computationnelle soutenue par la NASA, la National Science Foundation et l'Air Force Office of Scientific Research — ont utilisé les données de l'observatoire de la dynamique solaire de la NASA, ou SDO pour développer un modèle numérique amélioré qui simule à quoi ressemblerait la couronne pendant l'éclipse totale. Leur modèle utilise des observations de champs magnétiques à la surface du Soleil et nécessite une multitude de ressources de calcul intensif pour prédire comment le champ magnétique façonne la couronne au fil du temps.

Au fur et à mesure que la couronne et la matière solaire s'étendent vers l'extérieur du Soleil, ils peuvent se manifester par des perturbations dans l'espace proche de la Terre, connu sous le nom de météo spatiale. "Les modèles de météo spatiale doivent pouvoir caractériser la structure de la couronne afin d'améliorer les prévisions de trajectoire et d'impacts possibles de ces événements, " Le président et scientifique de Predictive Science, Jon Linker, a déclaré.

Un outil clé sont les modèles informatiques qui simulent des événements sur le Soleil avant même qu'ils ne se produisent. Cette comparaison de modèles et d'observations est un aspect essentiel de l'héliophysique, le domaine scientifique dédié à la compréhension du Soleil et de son influence dynamique dans tout le système solaire. Sans la possibilité de mesurer directement la couronne, les héliophysiciens testent leurs théories en utilisant des simulations informatiques complexes.

Les éclipses offrent une opportunité unique aux scientifiques de tester de tels modèles. Pendant l'éclipse totale, la Lune a complètement obscurci la face brillante du Soleil, révélant la partie la plus interne de la couronne - la région d'où proviennent les éruptions solaires telles que les éjections de masse coronale, mais est difficile à observer dans des circonstances ordinaires. En comparant leurs prédictions aux observations recueillies pendant l'éclipse elle-même, les chercheurs peuvent évaluer et améliorer les performances de leurs modèles coronaux.

Le modèle que les chercheurs de Predictive Science ont utilisé pour leur prédiction finale de l'éclipse d'août 2017 était leur plus complexe à ce jour. En plus des cartes SDO du champ magnétique du Soleil, il a également utilisé des observations SDO de filaments - des structures serpentines à la surface du Soleil composées de froid, matériau solaire dense.

Une plus grande complexité demande plus d'heures de calcul, et chaque simulation nécessitait des milliers de processeurs et prenait environ deux jours en temps réel. Le groupe de recherche a exécuté son modèle sur plusieurs superordinateurs, y compris les installations du Texas Advanced Computer Center à Austin, Texas; le Supercomputer Center de San Diego en Californie; et le supercalculateur des Pléiades de l'installation de supercalcul avancé de la NASA au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley, Californie.

« Sur la base d'une comparaison très préliminaire, il semble que le modèle ait très bien capturé les caractéristiques de la couronne à grande échelle, " dit Linker. Dans sa complexité accrue, le modèle démontre que même les fines structures magnétiques du Soleil sont intimement liées à la vaste structure de la couronne.

Pendant que les scientifiques exécutaient leurs modèles, Observatoire des relations solaires et terrestres de la NASA, ou le vaisseau spatial STEREO-A, a également pu se projeter dans l'avenir et fournir des indices sur ce à quoi ressemblerait la couronne le jour de l'éclipse. Alors que l'éclipse se rapprochait, en raison de la position de STEREO-A derrière le Soleil et des taux de rotation particuliers du Soleil et de la Terre, Vue de STEREO-A sur la couronne le 12 août 2017, était pratiquement le même que ceux sur le chemin de la totalité verraient neuf jours plus tard, le 21 août. Le point de vue de STEREO-A est environ neuf jours avant celui de la Terre.

Les instruments clés de STEREO comprennent une paire de coronographes, des télescopes qui utilisent un disque métallique appelé disque occultant pour étudier la couronne. Comme une éclipse totale, le disque occultant bloque la lumière brillante du Soleil, permettant de discerner la couronne environnante.

Les images coronarographiques des 12 et 21 août montrent une grande similitude; les deux présentent une forme dominante à trois streamers. Ici, l'image STEREO est comparée à une image de l'observatoire solaire et héliosphérique conjoint ESA/NASA, ou SOHO, qui a été positionné pour partager la vue terrestre de la couronne le 21 août. La légère différence dans l'emplacement des banderoles est due au fait que STEREO-A et SOHO voient le Soleil sous des angles légèrement différents.

"La petite différence entre les images du 12 août et du 21 août montre que l'atmosphère du Soleil évolue très lentement - comme nous nous y attendons, dans sa phase de déclin vers le minimum solaire, " dit Angelos Vourlidas, membre de l'équipe scientifique STEREO et héliophysicien au laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins à Laurel, Maryland. "Le Soleil va lentement s'endormir, mais pas tranquillement, comme nous l'a rappelé la récente vague d'activité solaire !"

Le minimum solaire est la période de plus faible activité solaire dans le cycle naturel du Soleil d'environ 11 ans. En période de plus grande activité solaire, la couronne dynamique pourrait avoir évolué trop rapidement pour rendre une telle prédiction utile. Mais en ces temps proches du minimum solaire, Les prédictions d'éclipse de Predictive Science et de STEREO ont toutes deux offert aux chercheurs l'opportunité d'améliorer les modèles et notre compréhension de l'activité actuelle du Soleil.