April 18, 2024

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Mit Höhenforschungsraketen und Höhenflugzeugen der Sonnenfinsternis nachjagen

Mit Höhenforschungsraketen und Höhenflugzeugen der Sonnenfinsternis nachjagen

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CNN

Finsternisse wecken Ehrfurcht und bringen Menschen zusammen, um ein erstaunliches Himmelsphänomen zu beobachten, aber diese kosmischen Ereignisse ermöglichen es Wissenschaftlern auch, die Geheimnisse des Sonnensystems aufzudecken.

Während der Totale Sonnenfinsternis Am 8. April, als Der Mond wird vorübergehend das Gesicht der Sonne verdecken Aus den Augen von Millionen Menschen Mexiko, die Vereinigten Staaten und Kanadawerden mehrere Experimente durchgeführt, um einige der größten ungelösten Fragen zur goldenen Kugel besser zu verstehen.

Die NASA wird Höhenforschungsraketen und WB-57-Flugzeuge in großer Höhe starten, um Aspekte der Sonne und der Erde zu erforschen, die nur während einer Sonnenfinsternis möglich sind. Diese Bemühungen sind Teil einer langen Geschichte von Versuchen, wertvolle Daten und Beobachtungen zu sammeln, wenn der Mond vorübergehend das Sonnenlicht blockiert.

Bill Stafford/NASA

Jedes der WB-57-Höhenforschungsflugzeuge der NASA wird von einem einzelnen Piloten geflogen, auf dem Rücksitz sitzt ein Instrumentenspezialist.

Einer der vielleicht berühmtesten wissenschaftlichen Meilensteine ​​im Zusammenhang mit der Sonnenfinsternis ereignete sich am 29. Mai 1919, als eine totale Sonnenfinsternis den Beweis für ihr Auftreten lieferte. Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheoriedas der Wissenschaftler erstmals 1916 systematisch beschrieb NASA.

Einstein hatte vorgeschlagen, dass die Schwerkraft das Ergebnis von Verzerrungen von Zeit und Raum ist, die das Gefüge des Universums verzerren. Einstein schlug beispielsweise vor, dass der Gravitationseinfluss eines großen Objekts wie der Sonne das Licht eines anderen Objekts, beispielsweise eines Sterns, ungefähr dahinter ablenken könnte, wodurch das Objekt aus der Perspektive der Erde etwas entfernt erscheint. Eine wissenschaftliche Sternbeobachtungsexpedition aus Brasilien und Westafrika unter der Leitung des englischen Astronomen Sir Arthur Eddington während der Sonnenfinsternis von 1919 ergab, dass einige Sterne tatsächlich am falschen Ort erschienen, was Einsteins Theorie bestätigte.

Diese Entdeckung ist nur eine von vielen wissenschaftlichen Erkenntnissen aus der Sonnenfinsternis.

Während der Die Sonnenfinsternis 2017, die die Vereinigten Staaten durchquerteDie NASA und andere Raumfahrtbehörden führten Beobachtungen mit 11 verschiedenen Raumfahrzeugen und zwei Höhenflugzeugen durch.

Die während dieser Sonnenfinsternis gesammelten Daten halfen Wissenschaftlern, genau vorherzusagen, wie die Korona bzw. die heiße äußere Atmosphäre der Sonne während der Sonnenfinsternisse in den Jahren 2019 und 2021 aussehen wird. Trotz der sengenden Temperaturen ist die Korona schwächer zu sehen als die helle Oberfläche der Sonne. Während einer Sonnenfinsternis, wenn der Mond den größten Teil des Sonnenlichts blockiert, erscheint sie jedoch als Halo um die Sonne, was die Untersuchung erleichtert.

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Warum die Korona Millionen Grad heißer ist als die tatsächliche Sonnenoberfläche, ist eines der bleibenden Rätsel um unseren Stern. Eine Studie aus dem Jahr 2021 ergab einige neue Hinweise, die zeigen, dass die Korona eine konstante Temperatur aufrechterhält, obwohl die Sonne einen 11-jährigen Zyklus zunehmender und abnehmender Aktivität durchläuft. Laut der amerikanischen „Space“-Website waren diese Ergebnisse dank der Beobachtungen von Sonnenfinsternissen über mehr als ein Jahrzehnt möglich. NASA.

Während die Sonne bei früheren Finsternissen ruhiger war, erreicht die Sonne ihren Höhepunkt ihrer Aktivität. Es wird Sonnenmaximum genanntDieses Jahr bietet sich Wissenschaftlern eine seltene Gelegenheit.

Während der Sonnenfinsternis am 8. April Bürgerwissenschaftler Und Forscherteams können neue Entdeckungen machen Das wird wahrscheinlich unser Verständnis unserer Ecke des Universums verbessern.

Die Beobachtung der Sonne während einer Sonnenfinsternis hilft Wissenschaftlern auch dabei, besser zu verstehen, wie Sonnenmaterial von der Sonne fließt. Geladene Teilchen, bekannt als Plasma, erzeugen Weltraumwetter, das mit der oberen Schicht der Erdatmosphäre, der sogenannten Ionosphäre, interagiert. Die Region fungiert als Grenze zwischen der unteren Erdatmosphäre und dem Weltraum.

Allison Stancil/NASA

Drei Höhenforschungsraketen werden am 8. April von der Wallops Flight Facility der NASA aus gestartet, um die Sonnenfinsternis zu untersuchen.

Die von der Sonne während des Sonnenmaximums freigesetzte aktive Sonnenaktivität kann die Internationale Raumstation und die Kommunikationsinfrastruktur beeinträchtigen. Viele erdnahe Satelliten arbeiten mit Radiowellen in der Ionosphäre, was bedeutet, dass dynamisches Weltraumwetter Auswirkungen auf GPS und die Funkkommunikation über große Entfernungen hat.

Zu den Experimenten zur Untersuchung der Ionosphäre während der Sonnenfinsternis gehören Ballonfahrten in großer Höhe und ein bürgerwissenschaftliches Projekt namens „ Beteiligung von Amateurfunkern. Operatoren an verschiedenen Standorten werden die Stärke ihrer Signale und die Entfernung, die sie während der Sonnenfinsternis zurücklegen, aufzeichnen, um zu sehen, wie sich Veränderungen in der Ionosphäre auf die Signale auswirken. Die Forscher führten dieses Experiment auch während der ringförmigen Sonnenfinsternis im Oktober 2023 durch, als der Mond das Sonnenlicht nicht vollständig blockierte, und die Daten werden noch analysiert.

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In einem weiteren wiederholten Experiment Drei Höhenforschungsraketen werden abgefeuert jeweils von der Wallops Flight Facility der NASA in Virginia vor, während und nach der Sonnenfinsternis, um zu messen, wie sich das plötzliche Verschwinden des Sonnenlichts auf die obere Erdatmosphäre auswirkt.

Aroh Barjatya, Professor für technische Physik an der Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Florida, leitet das Experiment namens atmosphärische Turbulenz um den Sonnenfinsternispfad, das erstmals während einer ringförmigen Sonnenfinsternis im Oktober durchgeführt wurde.

Jede Rakete wird innerhalb der gesamten Flugbahn vier wissenschaftliche Instrumente in der Größe einer Limonade ausstoßen, um Änderungen der ionosphärischen Temperatur, der Partikeldichte sowie der elektrischen und magnetischen Felder in einer Höhe von etwa 55 bis 310 Meilen (90 bis 500 Kilometer) über der Erdoberfläche zu messen.

„Das Verständnis der Ionosphäre und die Entwicklung von Modellen, die uns helfen, Störungen vorherzusagen, sind entscheidend, um sicherzustellen, dass unsere zunehmend kommunikationsabhängige Welt reibungslos funktioniert“, sagte Barjatya in einer Erklärung.

Die Höhenforschungsraketen werden während des Fluges eine maximale Höhe von 260 Meilen (420 Kilometer) erreichen.

Während der ringförmigen Sonnenfinsternis im Jahr 2023 haben Instrumente auf Raketen scharfe und augenblickliche Veränderungen in der Ionosphäre gemessen.

„Wir sahen Störungen, die die Funkkommunikation bei der zweiten und dritten Rakete beeinträchtigen konnten, aber nicht während der ersten Rakete, die vor dem Höhepunkt der lokalen Sonnenfinsternis stattfand“, sagte Barjatya. „Wir freuen uns sehr darauf, es während der totalen Sonnenfinsternis erneut zu starten, um zu sehen, ob die Störungen in derselben Höhe beginnen und ob ihre Größe und ihr Ausmaß gleich bleiben.“

Drei verschiedene Experimente werden mit dem als WB-57 bekannten Höhenforschungsflugzeug der NASA durchgeführt.

Die WB-57 können fast 9.000 Pfund (4.082 kg) wissenschaftliche Instrumente bis zu 60.000 bis 65.000 Fuß (18.288 bis 19.812 Meter) über der Erdoberfläche befördern, sagte Peter Layshock, Leiter des luftgestützten Wissenschaftsprogramms der NASA. Das Rückgrat des luftgestützten Wissenschaftsprogramms der NASA . WB-57-Höhenforschungsprogramm am Johnson Space Center in Houston.

Die Vorteile des Einsatzes von WB-57-Flugzeugen bestehen darin, dass der Pilot und der Geräteführer etwa 6 1/2 Stunden lang über den Wolken fliegen können, ohne auftanken zu müssen, und zwar innerhalb der Flugbahn der Totalität, die sich über Mexiko und die Vereinigten Staaten erstreckt, was eine kontinuierliche, ungehinderte Sicht ermöglicht. Aufgrund der Flugbahn der Flugzeuge werden sich die Instrumente länger im Schatten des Mondes aufhalten als auf der Erde. Layshock sagte, dass vier Minuten einer totalen Sonnenfinsternis auf der Erde sechs Minuten einer totalen Sonnenfinsternis an Bord entsprechen.

Ein Experiment wird sich auch auf die Ionosphäre konzentrieren und dabei ein Instrument namens Ionosonde verwenden, das wie ein Radar funktioniert, indem es hochfrequente Radiosignale aussendet und auf die Echos hört, die von der Ionosphäre abprallen, um zu messen, wie viele geladene Teilchen sie enthält.

Die anderen beiden Experimente werden sich auf Corona konzentrieren. Ein Projekt wird Kameras und Spektrometer einsetzen, um mehr Details über die Temperatur und die chemische Zusammensetzung der Koronale aufzudecken und Daten über große Explosionen von Sonnenmaterial von der Sonne zu erfassen, die als koronale Massenauswürfe bekannt sind.

Amir Kaspi/Mit freundlicher Genehmigung der NASA

Flugzeuge haben spezielle Nasen, die spezielle wissenschaftliche Instrumente tragen können.

Ein weiteres Projekt unter der Leitung von Amir Kaspi, einem leitenden Wissenschaftler am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, zielt darauf ab, Bilder der Sonnenfinsternis aus 50.000 Fuß (15.240 Metern) Höhe über der Erdoberfläche aufzunehmen, in der Hoffnung, Strukturen und Details im Erdinneren auszuspähen. Mittlerer und unterer Kranz. Mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras mit hoher Auflösung, die Bilder im sichtbaren und infraroten Licht aufnehmen können, wird das Experiment auch nach Asteroiden suchen, die im Sonnenlicht kreisen.

„Im Infrarotbereich wissen wir nicht wirklich, was wir sehen werden, und das ist Teil des Rätsels dieser seltenen Beobachtungen“, sagte Caspi. „Jede Sonnenfinsternis bietet Ihnen eine neue Gelegenheit, Dinge zu erweitern, indem Sie das, was Sie bei der letzten Sonnenfinsternis gelernt haben, nutzen und ein neues Puzzleteil lösen.“