C'était le 14 août 2017, juste une semaine avant que la Lune croise le Soleil et la Terre, projetant son ombre à travers les États-Unis. Le pays entier bourdonnait d'impatience pour la chance éphémère de voir la couronne, l'atmosphère extérieure ténue du Soleil.

Mais l'attente était particulièrement éprouvante pour les nerfs d'un groupe de scientifiques de Predictive Science Inc., une société de recherche privée à San Diego:ils venaient de publier une prédiction de ce à quoi ressemblerait la couronne le 21 août le jour de l'éclipse totale de Soleil. Comment leur prédiction, résultat d'un modèle numérique complexe et de dizaines d'heures de calcul, se comparerait-elle à la réalité ?

"En attendant la totalité, vous savez exactement ce que vous avez prédit et ce que vous attendez, " Le chercheur en sciences prédictives Zoran Miki? a déclaré. " Parce que vous travaillez tellement avec le modèle et voyez la prédiction tellement de fois, c'est gravé dans ton cerveau. Il y a beaucoup d'anxiété parce que si vous vous trompez totalement, c'est un peu gênant."

Les chercheurs de Predictive Science ont utilisé les données de l'observatoire de la dynamique solaire de la NASA, ou SDO, pour développer un modèle qui simule la couronne. Leur modèle utilise des mesures de champs magnétiques à la surface du Soleil pour prédire comment le champ magnétique façonne la couronne. Leur travail a été soutenu par la NASA, la National Science Foundation et l'Air Force Office of Scientific Research. Mika ? est l'auteur principal d'un article résumant leur travail et publié dans Astronomie de la nature le 27 août, 2018.

La science coronale est profondément enracinée dans l'histoire des éclipses totales; même avec une technologie de pointe, ce n'est que lors d'une éclipse totale que les scientifiques peuvent résoudre la région la plus basse de la couronne, juste au-dessus de la surface du Soleil. Cette partie dynamique de l'atmosphère solaire est parsemée de champs magnétiques complexes qui fournissent l'énergie nécessaire à d'énormes éruptions telles que des éruptions cutanées et des éjections de masse coronale.

Alors que les particules et le rayonnement des explosions solaires sortent du Soleil, ils peuvent se manifester par des perturbations dans l'espace proche de la Terre, connu sous le nom de météo spatiale. Tout aussi variable que le temps que nous connaissons sur Terre, la météo spatiale peut perturber les signaux de communication, astronautes et satellites en orbite, ou même les réseaux électriques.

La capacité de prévoir et de prédire la météo spatiale, tout comme nous le faisons pour la météo terrestre, est essentielle pour atténuer ces impacts, et des modèles tels que Predictive Science sont des outils clés dans cet effort.

Les éclipses offrent une opportunité unique aux chercheurs de tester leurs modèles. En comparant la prédiction de la couronne du modèle aux observations pendant l'éclipse elle-même, ils pourraient évaluer et améliorer les performances de leurs modèles.

Le modèle utilisé par l'équipe de Predictive Science pour l'éclipse d'août 2017 était le plus complexe à ce jour en deux décennies de prédiction d'éclipse.

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 de l'Université du Texas au Texas Advanced Computer Center d'Austin; le Supercomputer Center de San Diego à l'Université de Californie à San Diego; 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.

En plus des cartes SDO du champ magnétique du Soleil, le modèle a utilisé des observations SDO de proéminences - des structures en forme de serpent faites de froid, matériau solaire dense qui dépasse de la surface du Soleil. Des protubérances se forment dans les parties sollicitées du champ magnétique, où il est tordu en une corde et capable d'éclater s'il est surenroulé.

Les chercheurs ont également inclus de nouveaux calculs pour le chauffage coronal. Nous ne comprenons pas encore comment la couronne flamboie à plus de 2 millions de degrés Fahrenheit, alors que seulement 1, 000 milles plus bas, la surface sous-jacente mijote à un doux 10, 000 F. Une théorie propose des ondes électromagnétiques - appelées ondes d'Alfvén - lancées depuis la surface tourbillonnante du Soleil et se précipitent dans la couronne, chauffer les particules au fur et à mesure qu'elles se propagent vers l'extérieur, un peu comme la façon dont les vagues de l'océan poussent et accélèrent les surfeurs vers le rivage.

En tenant compte des proéminences et de ces vagues minuscules mais nombreuses, les scientifiques espéraient dresser un portrait de plus en plus détaillé du comportement complexe de la couronne.

Après l'éclipse, le groupe a trouvé que leur prédiction avait une ressemblance frappante avec le 21 août, 2017, couronne, bien que le modèle manque de nombreuses structures plus fines. La prédiction et les photos du sol prises le jour de l'éclipse montrent trois banderoles de casque - immenses, structures en forme de pétale qui se forment sur un réseau de boucles magnétiques. La force de la comparaison soutient les avancées du nouveau modèle.

Les scientifiques ont toujours su que les champs magnétiques tordus sous-jacents aux protubérances sont une partie importante du Soleil, mais les premiers modèles de l'équipe n'étaient pas assez sophistiqués pour le refléter. Il en est de même pour les ondes chauffant la couronne. "En quelques sortes, les performances du modèle nous indiquent que le nouveau modèle de chauffage va dans la bonne direction, " Miki? dit. "Il montre certainement des résultats améliorés. Nous devons le poursuivre et l'affiner davantage."

Dans le domaine des prédictions d'éclipses, ça aide quand le soleil est calme, ou moins actif. En août 2017, le Soleil était dans une de ces phases calmes, se déplaçant régulièrement vers une période de faible activité solaire dans son cycle d'environ 11 ans.

Les scientifiques ont alimenté leur modèle avec des données de champ magnétique collectées du côté du Soleil face à la Terre au cours des 27 jours précédents - le temps qu'il faut au Soleil pour effectuer une rotation complète - car ils n'ont actuellement aucun moyen d'observer l'intégralité de la sphère solaire sphérique. surface d'un seul coup. Avec cette approche, les mesures prises au début de la période de 27 jours - à partir de parties de la surface du Soleil qui ont ensuite tourné vers l'arrière où elles ne peuvent plus être vues - sont plus susceptibles de devenir obsolètes que celles prises à la fin. Mais en période de diminution de l'activité solaire, le champ magnétique n'est pas rapide à changer, donc même les données vieilles de 27 jours sont utiles.

Une divergence entre la prédiction et les observations est une caractéristique plus mince, appelé pseudostreamer, qui jaillit du coin supérieur droit du Soleil. Les chercheurs ont déterminé que leur modèle manquait le pseudostreamer parce que le champ magnétique a changé dans cette région spécifique pendant la collecte de données. La prédiction d'un autre modèle a réussi à capturer ce pseudostreamer, Mika ? mentionné, car il semble y avoir estimé le champ magnétique avec plus de précision.

"La chose la plus importante que je retiens de cela, c'est qu'ils ont un modèle sophistiqué qui a l'air bien, mais ils sont limités par leurs observations, " a déclaré Alex Young, un scientifique solaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui n'a pas participé à l'étude. "Ce qui manque au modèle, c'est que le Soleil change, et c'est quelque chose qu'ils ne peuvent pas gérer sans suffisamment d'observations aux bons endroits."

Tester un modèle comme celui-ci soutient si complètement l'idée que, avec plus de données et des points de vue diversifiés, les scientifiques peuvent mieux calculer la dynamique plus fine du Soleil et, en fin de compte, améliorer leur capacité à prévoir les événements météorologiques spatiaux qui peuvent interférer avec la technologie et les astronautes dans l'espace.

Un peu moins d'un an après que des millions de personnes eurent entrevu la couronne pendant l'éclipse totale, le 12 août, 2018, La NASA a lancé Parker Solar Probe sur le point de voler à travers la couronne, se rapprocher du Soleil que tout autre vaisseau spatial auparavant.

Parker Solar Probe renverra sur Terre des observations depuis l'intérieur de la couronne elle-même, que les chercheurs peuvent ajouter à leurs modèles, combler des lacunes cruciales dans les connaissances sur la physique compliquée de la couronne.

Mika ? lesdits modèles comme le leur peuvent compléter la mission en contextualisant le voyage du vaisseau spatial à travers la couronne. Les scientifiques n'ont jamais travaillé avec des données recueillies si près du Soleil. En modélisant l'ensemble de la couronne - la vue d'ensemble - les chercheurs fourniront une perspective cruciale sur l'environnement de Parker alors qu'il s'aventure dans un territoire entièrement inexploré.

"C'est une science incroyable pour Parker Solar Probe et de l'éclipse, qui partage un objectif clé, " a déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur associé au siège de la NASA à Washington. « Au-delà de la science, il s'agit de vraiment faire progresser notre compréhension et notre capacité à prédire la météo spatiale, un impact majeur que nous pouvons avoir à la NASA."