Le 11 décembre 2017, six chercheurs ont discuté des résultats initiaux basés sur les observations du Soleil et de la Terre recueillies lors de l'éclipse solaire qui s'est étendue à travers l'Amérique du Nord le 21 août. 2017. Allant de nouvelles informations sur la façon dont l'atmosphère du Soleil génère de la chaleur, à la façon dont la baisse de l'énergie solaire a affecté l'atmosphère terrestre, et même comment se protéger contre la contamination d'autres planètes par des bactéries, les chercheurs ont partagé leurs résultats lors de la réunion d'automne de l'American Geophysical Union, à la Nouvelle-Orléans.

"Cette éclipse nous a donné l'occasion de cimenter l'idée de la connexion Soleil-Terre, " a déclaré Lika Guhathakurta, qui a dirigé les efforts scientifiques de la NASA pour l'éclipse du 21 août. "Une variété de nouvelles observations, instruments et plates-formes d'observation ont été activés par cette éclipse. Il sera fascinant de voir comment ceux-ci se transforment en de nouveaux plans de recherche et de nouvelles technologies pour une utilisation future. »

Un moment dans l'atmosphère du Soleil

Alors que les éclipses solaires totales se produisent environ une fois tous les 18 mois quelque part sur Terre, l'éclipse d'août était rare dans son long trajet terrestre :l'éclipse totale a duré environ 90 minutes au total, depuis le moment où il a atteint la côte de l'Oregon jusqu'au moment où il a quitté le continent nord-américain en Caroline du Sud. Cette longue, chemin ininterrompu sur terre a fourni aux scientifiques un changement rare pour étudier le Soleil et son influence sur Terre d'une manière qui n'est généralement pas possible.

Pendant les quelques instants d'une éclipse totale de Soleil, la couronne du Soleil, sinon trop faible pour être vue à côté de sa face brillante, est visible depuis la Terre. Nous étudions 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.

Mais les régions les plus internes de la couronne solaire en lumière blanche 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 d'août - la diffraction n'est pas un problème, et les scientifiques sont capables de mesurer la couronne inférieure de manière très détaillée.

Lors de la conférence de presse, deux scientifiques ont parlé de leurs recherches sur la couronne :Amir Caspi, un scientifique de l'espace au Southwest Research Institute de Boulder, Colorado, et Matt Penn, de l'Observatoire solaire national. L'étude de la couronne de notre Soleil permet à la fois de comprendre ce qui provoque sa chaleur intense et d'améliorer notre capacité à prévoir quand le Soleil pourrait éclater avec des explosions géantes de matière solaire connues sous le nom d'éjections de masse coronale, qui peuvent affecter notre environnement spatial et, lorsqu'elles sont intenses, affecter les satellites.

Comme l'a expliqué Caspi :Selon l'emplacement sur le terrain, quelqu'un qui étudie le Soleil pendant l'éclipse du 21 août pourrait collecter jusqu'à 2 minutes et 42 secondes de données. Mais le projet de Caspi, financé par la NASA, s'est inspiré des études d'éclipse passées pour étirer encore plus cette période. À l'aide d'une paire de jets NASA WB-57, Caspi et son équipe ont eu une vue ininterrompue de la couronne solaire pendant un peu plus de sept minutes et demie.

Bien qu'ils aient été conçus à l'origine pour aider à surveiller les lancements de navettes spatiales, les télescopes et les jets sur lesquels ils étaient montés étaient une aubaine surprenante pour la science solaire.

"Ces instruments n'ont pas été construits pour la science; ils ont été réutilisés pour la science, " a déclaré Caspi. "C'était le premier projet d'astronomie aéroportée sur la plate-forme WB-57."

Cette science modernisée rend l'analyse des données d'autant plus difficile, car les images doivent être traitées et calibrées avec soin pour révéler des détails clés sur les ondes magnétiques du Soleil et leur relation avec les températures extraordinairement élevées de la couronne solaire.

Matt Penn a également profité de la trajectoire de l'éclipse au-dessus des terres pour obtenir un ensemble unique d'observations. Le projet Citizen CATE, abréviation de Continental-America Telescopic Eclipse, comprenait 68 petits télescopes identiques répartis sur le chemin de la totalité et exploités par des scientifiques citoyens et étudiants.

"Alors que l'ombre de la Lune quittait l'un de nos télescopes, il couvrait le prochain dans notre réseau, " dit Penn. " Au lieu d'observer pendant deux minutes et demie, nous avons pu observer pendant 93 minutes."

Pendant l'éclipse, 61 des 68 télescopes du projet ont réussi à capturer des images coronales, s'élevant à 82 minutes de temps d'observation total sur les 93 minutes pendant lesquelles l'éclipse solaire totale s'est déroulée au-dessus de la terre. Ce succès signifie qu'il y a une énorme quantité de données à analyser pour l'équipe, même si Penn dit qu'ils ont pu capturer des images détaillées des caractéristiques solaires qui les intéressaient le plus :le vent solaire rapide s'écoule près des pôles nord et sud du Soleil.

Explorer la connexion Soleil-Terre

D'autres scientifiques présents au briefing ont présenté des résultats sur l'impact de l'éclipse plus près de chez nous. Haut dans la haute atmosphère terrestre, au-dessus de la couche d'ozone, le rayonnement intense du Soleil crée une couche de particules électrifiées appelée ionosphère. Cette région de l'atmosphère réagit aux changements de la Terre au-dessous et de l'espace au-dessus. De tels changements dans la basse atmosphère ou la météo spatiale peuvent se manifester par des perturbations dans l'ionosphère qui peuvent interférer avec les signaux de communication et de navigation.

Greg Earle, de Virginia Tech, utilisé l'éclipse comme laboratoire naturel pour tester des modèles des effets de l'ionosphère sur ces signaux de communication. Earle et son équipe ont utilisé des modèles informatiques pour estimer comment l'éclipse affecterait les signaux radio - principalement, jusqu'où ils pouvaient voyager dans l'atmosphère avant de s'épuiser. Ils ont prédit que l'éclipse étendrait la portée des signaux radio en raison d'une baisse du nombre de particules sous tension dans l'ionosphère, semblable à ce qui se passe la nuit. Et ils avaient raison.

"Les données ont confirmé que notre modélisation était sur la bonne voie, " dit Earle. " Pendant l'éclipse, les signaux radio se sont beaucoup propagés, beaucoup plus loin qu'ils ne le font un jour normal."

Earle et son équipe ont utilisé une litanie d'émetteurs et de récepteurs radio pour tester la portée des signaux radio pendant l'éclipse :deux stations radar préexistantes, quatre sites d'antennes sur mesure, et des rapports de milliers d'opérateurs radioamateurs de toute l'Amérique du Nord, qui ont offert leurs observations dans le cadre d'un concours organisé en collaboration avec l'American Radio Relay League.

La validation de ce modèle de l'ionosphère est une étape vers la compréhension des changements moins prévisibles dans l'ionosphère qui peuvent avoir un impact sur la fiabilité de nos communications et signaux de navigation.

Angela Des Jardins de l'Université d'État du Montana a pris la parole lors du briefing sur le projet de montgolfière Eclipse, qui a fait voler des ballons dans la basse atmosphère de la Terre pendant l'éclipse. Si vous avez regardé l'éclipse en ligne le 21 août, certaines des images en direct que vous avez vues peuvent provenir de ces ballons. Les ballons—volés à plus de 100, 000 pieds par 55 équipes d'étudiants de niveau collégial et secondaire, a fourni la toute première séquence en direct d'une éclipse de cette région de l'atmosphère. Au-delà de fournir de superbes vues, ils ont également permis une science unique.

Le projet a incorporé des vols de ballons météo à partir d'une douzaine d'endroits pour former une image de la façon dont la basse atmosphère de la Terre - la partie avec laquelle nous interagissons et qui affecte directement notre météo - a réagi à l'éclipse. Ces données ont révélé que la couche limite planétaire, la partie la plus basse de l'atmosphère terrestre, est tombé presque à son altitude nocturne pendant l'éclipse.

Plusieurs dizaines de ballons de l'éclipse ont également fait voler des cartes contenant des bactéries inoffensives pour nous aider à comprendre les problèmes potentiels de contamination planétaire.

"Nous ne voulons pas contaminer d'autres planètes lorsque nous envoyons des robots - ou même des humains - nous devons donc comprendre si la vie microscopique, comme les bactéries, pourrait survivre sur Mars, " dit Des Jardins.

De plusieurs façons, La stratosphère terrestre est similaire à l'environnement à la surface de Mars, avec une exception principale :la quantité d'ensoleillement. Mais pendant l'éclipse, le niveau d'ensoleillement est tombé à quelque chose de plus proche de ce que vous pourriez vous attendre à voir sur Mars, fournissant l'environnement parfait pour tester la rusticité de ces envahisseurs potentiels de Mars. Les scientifiques examinent les données de cette expérience, et j'espère avoir des résultats à publier dans les prochains mois.

Jay Herman, Scientifique principal EPIC à la NASA Goddard, présenté sur la façon dont l'événement du 21 août a donné aux scientifiques l'opportunité d'étudier les effets de l'éclipse bloquant une partie de la lumière solaire atteignant la Terre. Il s'agit d'une étape dans la mesure plus précise du rôle des nuages ​​dans la régulation de la quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la Terre, et combien est reflété dans l'espace. Les programmes informatiques peuvent estimer l'impact de différents types de nuages ​​sur le bilan énergétique de la Terre, et un événement comme l'éclipse - où la Lune agit comme un géant, cloud impénétrable - peut améliorer ces programmes.

Le Deep Space Climate Observatory, un vaisseau spatial de la National Oceanic and Atmospheric Administration qui orbite à 1 million de kilomètres de la Terre et est toujours positionné entre la Terre et le Soleil, a fourni une plate-forme unique pour voir l'éclipse et son impact. Il transporte un instrument de la NASA appelé Earth Polychromatic Imaging Camera, ou EPIC, qui mesure différentes longueurs d'onde de la lumière réfléchie par la Terre.

Lorsque Herman et ses collègues ont mesuré la quantité de lumière réfléchie pendant l'éclipse, ils ont constaté qu'il avait été réduit de 10 pour cent à travers le monde. Ordinaire, les jours sans éclipse varient généralement de moins de 1 %, en comparaison.

Et plus...

De nombreux autres scientifiques - avec le soutien de la NASA - ont profité de l'éclipse pour mener de nouvelles études sur le Soleil et la Terre le 21 août.

Recherche solaire

Un groupe financé par la NASA et dirigé par Shadia Habbal à l'Université d'Hawaï a trouvé un matériau inhabituellement froid dans la couronne au-dessus d'une zone où une éjection de masse coronale venait d'éclater à la surface, avant l'éclipse. Cette découverte aide les scientifiques à comprendre la physique des plasmas dynamiques dans la couronne.

A Madras, Oregon, une équipe de scientifiques de la NASA dirigée par Nat Gopalswamy du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, a pointé un nouveau, caméra de polarisation spécialisée à la couronne, prendre 50 images à quatre longueurs d'onde différentes en un peu plus de deux minutes. Les images ont capturé des données sur la température et la vitesse de la matière solaire dans la couronne.

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 a été conçue pour éliminer ce processus fastidieux, en incorporant des milliers de minuscules filtres de polarisation pour lire la lumière polarisée dans différentes directions simultanément.

Les résultats de l'équipe étaient cohérents avec ceux des éclipses précédentes observées par les plus anciens, caméras de polarisation plus encombrantes - démontrant avec succès que l'instrument peut être utilisé pour obtenir des mesures précises sans roue de polarisation. Avec d'autres tests et développements, la caméra du groupe finira par devenir un instrument destiné aux vols spatiaux.

Paul Bryans, un scientifique à l'UCAR, a dirigé un autre projet financé par la NASA pour étudier le Soleil pendant l'éclipse d'août. Ils ont pu capturer un spectre de la couronne solaire à des longueurs d'onde allant d'environ 1 à 5 microns, longueurs d'onde beaucoup plus longues que celles qui composent les types de lumière que nos yeux peuvent voir. Ce spectre est une mesure pas souvent faite, et Bryans et son équipe espèrent que cela révélera des caractéristiques intéressantes sur l'atmosphère du Soleil.

L'équipe de Bryans s'est également concentrée sur la capture d'images de la chromosphère - la partie de l'atmosphère du Soleil sous la couronne - juste avant et après la totalité, quand il serait visible au-delà du bord de la Lune sans être submergé par la face brillante du Soleil.

"L'une des choses intéressantes que nous avons faites jusqu'à présent est de comparer les résultats avec d'autres expériences d'éclipse, " a déclaré Bryans. En particulier, en comparant leurs données avec celles recueillies par une expérience aéroportée de la National Science Foundation, ils peuvent déterminer quelles parties du spectre solaire sont prometteuses pour de futures études au sol. "L'une des choses que nous devons savoir est exactement quelles longueurs d'onde l'air absorbe - si l'atmosphère terrestre absorbe la lumière que vous recherchez, il est inutile."

Philippe juge, également de l'Observatoire de haute altitude, a dirigé une équipe en étroite collaboration avec Bryans pour étudier la couronne et la chromosphère du Soleil avec des spectrographes - des instruments qui catégorisent la lumière en fonction de ses longueurs d'onde composantes - pour voir les empreintes digitales laissées par le champ magnétique du Soleil. Ce spectre flash chromosphérique, enregistré avec une résolution temporelle sans précédent, permet à l'équipe d'étudier la chromosphère en fonction de la hauteur à des échelles allant jusqu'à quelques kilomètres. L'analyse de ces données est en cours.

Le juge a également coordonné l'expérience du spectromètre infrarouge aéroporté du Smithsonian. Les résultats préliminaires de ce projet montrent deux raies d'émission inédites de la couronne. Ces données ont également été calibrées avec des coronographes au sol utilisés quotidiennement en dehors de l'éclipse et donnent aux chercheurs une compréhension claire de la relation entre l'émission de la couronne et la lumière que l'atmosphère terrestre absorbe.

En collaboration avec le projet Citizen CATE sur deux sites de télescopes, Padma Yanamandra-Fisher et son équipe ont utilisé l'éclipse d'août pour mesurer la lumière polarisée de la couronne solaire interne, qui ne peut être observé depuis le sol que lors d'une éclipse solaire totale. L'étude de la couronne interne du Soleil en lumière polarisée aide les scientifiques à suivre les signatures de l'activité solaire qui peuvent aider à expliquer les températures extraordinairement élevées de la couronne.

L'analyse initiale montre que la polarisation était la plus élevée le long de l'équateur du Soleil, montrant où les électrons libres étaient plus abondants, ainsi que d'autres caractéristiques de la couronne. Ils ont également découvert qu'une structure de matériau éjecté - une proéminence - était très faiblement polarisée.

L'équipe de Yanamandra-Fisher combinera également leurs données avec celles de Citizen CATE pour aider à faire la lumière sur la variabilité à courte période de la couronne solaire, qui se déroule sur une échelle de temps de quelques heures seulement.

"L'ensemble de données que nous avons acquis sur l'un de nos deux sites est l'un des meilleurs ensembles de données de polarisation visible de la couronne interne disponibles actuellement, parce que nous avions un site d'observation vierge à Tetonia, Idaho, et un excellent exemple de collaboration d'observateurs professionnels et amateurs, " dit Yanamandra-Fisher.

Recherche ionosphérique

Alors que l'ombre se déplaçait à travers le pays, couper la source habituelle de rayonnement ionisant de l'ionosphère, une équipe dirigée par Phil Erickson de l'observatoire Haystack du Massachusetts Institute of Technology a observé des ondes d'étrave circulaires - des perturbations de la densité électronique de la région, nommés pour leur similitude avec les vagues que fait un bateau lorsqu'il navigue dans l'eau. Ces ondes filaient le long du chemin de la totalité à 300 miles par seconde. Les perturbations ionosphériques itinérantes sont parfois responsables des conditions météorologiques spatiales dans la haute atmosphère, et sont souvent liés aux ondes de gravité atmosphériques.

"Nos mesures ionosphériques lors de l'éclipse d'août 2017 se sont extrêmement bien déroulées. Le radar ionosphérique à haute puissance de Millstone Hill dans l'est du Massachusetts a parfaitement fonctionné pendant cinq jours autour de l'éclipse, mesure de la densité ionosphérique, Température, et la vitesse au-dessus de la tête et aussi dans différentes directions sur la côte est, " dit Erickson. " De plus, notre logiciel de contenu électronique total basé sur GPS a produit des cartes à large couverture de la réponse ionosphérique sur l'ensemble du continent nord-américain. Ces deux ensembles de données ont de nombreuses caractéristiques fascinantes, dont certains étaient inattendus."

Bob Marshall et son équipe, de l'Université du Colorado Boulder, a sondé la réponse de la région D de l'ionosphère à l'éclipse à très basse fréquence, ou VLF, signaux radio. C'est la partie la plus basse et la moins dense de l'ionosphère - et à cause de cela, le moins compris.

La collecte des données s'est bien déroulée, Marshall a dit, et le groupe a obtenu toutes les données qu'ils espéraient. L'équipe a collecté des signaux d'émetteur VLF voyageant à travers le chemin de la totalité à Boulder; Lac de l'Ours, Utah; et Elginfield, Ontario, Canada. Toutes les observations ont montré des signatures claires de l'éclipse, ainsi qu'une éruption solaire inattendue.

"Nous continuons à assembler les simulations du modèle pour valider ces observations VLF de l'éclipse, " a déclaré Marshall. " Le modèle est assez impliqué et complexe, mais nous faisons de grands progrès."