2017 Solförmörkelsen kan bevisa att solen är större än vi tror

Ett växande antal forskare tror att solen är faktiskt större än vanlig.

Forskare känner inte till solens storlek precis som detaljerna i jorden och månen, vilket gör det till en knäpppunkt för förvirrade formgivare.

Xavier Jubier skapar detaljerade modeller av sol och månförmörkelser som fungerar med Google Maps för att visa exakt var månens skugga kommer att falla på jorden och hur förmörkelsen kommer att se ut vid varje punkt. Han kom för att inse att det fanns något av solens mätningar när han matchade sina eklipssimuleringar med faktiska bilder. Fotona hjälpte honom att identifiera exakt var en observatör hade haft för historiska förmörkelser - men de exakta formförmörkelserna var bara meningsfulla om han uppskalade solens radie med några hundra kilometer. [Total solförmörkelse 2017: När, Var och hur man ser det (säkert)]

"För mig var det något som var fel någonstans, men det var allt jag kunde säga," berättade Jubier på ProfoundSpace.org.

Forskarnas kunskaper om jordens och månens konturer var inte tillräckligt exakta för att framhäva denna avvikelse för ungefär 10 år sedan - samtidigt som moderna eklipssimuleringar blev möjliga genom datorstyrka och precisionskartläggning. Så det var då då Jubier började inse att det var fel.

NASA-forskaren Ernie Wright kom till en liknande slutsats då han började skapa mer exakta modeller av solförmörkelser, som började för ungefär två år sedan. Han hade också att skala upp solen något från den traditionella storleken för hans beräkningar för att matcha verkligheten.

"Hur kan du inte veta det här?" Wright påminner om att tänka. "Du håller bara en linjal upp till himlen, och du säger att det är så stort."

Men som det visar sig är det inte så enkelt, berättade Wright ProfoundSpace.org.

Var kom det ifrån?

Historiskt har forskare använt värdet 696 000 km som radien av solens fotosphere - solens kropp vars våglängder är synliga för det blotta ögat på jorden. Värdet publicerades först 1891 av den tyska astronomen Arthur Auwers, säger Wright, och det togs som ett standardvärde under en längre tid. År 2015 definierade den internationella astronomiska unionen en "enhet" baserad på solens radie som en liknande 695 700 km, baserat på en studie 2008, så forskare kan använda det värdet för att jämföra storleken på andra stjärnor i universum.

Men insatser för att mäta solens radie har aldrig varit tillräckligt exakta för att matcha vår kunskap om månens och jordens konturer, sa forskarna. Vetenskapsmän har försökt mäta det genom transiter av kvicksilver och Venus - när dessa planeter passerar solens ansikte - och genom bilder som tagits från solobserverande satelliter som Solar Dynamics Observatory. Varje pixel på SDO: s högupplösta bilder täcker cirka 270 miles (435 km), säger Wright, vilket innebär att det finns en gräns för hur exakt storleken på fotosfären kan mätas med denna metod. Dessutom bollar solceller som SDO i allmänhet insamlar våglängder av ljus som emitteras djupare inuti eller längre utanför solen, snarare än den synliga fotosfären.

"Det är svårare än du tror bara att ställa en linjal på dessa bilder och ta reda på hur stor solen är - [SDO] har inte tillräckligt med precision för att spika ner det", säger Wright. "På samma sätt, med kvicksilver och Venus transiterar, visar det sig [en mätning baserad på de som är] inte lika exakt som du skulle vilja att den ska vara."

Olika papper som försöker ställa ner solens radie genom att använda planettransit, rymdbaserade sensorer och markobservationer, har producerat resultat som skiljer sig åt så många som 1 500 km och kan inte tyckas försonas med en en annan, sade Wright. Och för eclipse-modeller är det ett kritiskt och irriterande problem.

Eclipse-tittare kan också hitta osäkerheten av intresse, eftersom de plottar ut var de kommer att vara i vägen för totalitet. En lite större sol betyder att tiden för total blackout kan vara några sekunder kortare i mitten av vägen, och vägen själv skulle också varva.

"För de flesta, ja, det spelar ingen roll, det kommer inte att förändras," sa Jubier. "Men ju närmare du kommer till kanten av [eclipse] -banan, desto mer riskerar du att ta." Om solen verkligen är större är vägen smalare än prognoser gjorda med det vanliga värdet skulle föreslå. Så de som jagar effekterna på förmörkelsens kant kan vara i trubbel om de inte använder ett tillräckligt stort värde för sina beräkningar.

Få människor förlorar förutsägelser, tillade Jubier, och det exakta värdet är inte nödvändigt för många forskare. På grund av detta kan definitioner variera och det är svårt att jämföra olika värden till varandra, inklusive det ursprungliga 1891-värdet. Det kan vara svårt att berätta för en given studie vilka antaganden som gick in i deras svar för solens diameter, så att de inte kan anpassas enkelt för att matcha varandra eller förmörkelsen. Eventuella skillnader i måttförmörkelser kan hänföras till att inte fullt ut förstå de värden som Jubier lagt till.

"Det är definitivt fortfarande ett område med pågående forskning, och något som själva fältet är intresserad av att få bättre hand om", berättade professor Alex Alex, en astrofysiker på NASAs rymdflygcenter i Washington, på ProfoundSpace.org. "Förmodligen lite esoterisk för många människor, och jag skulle säga att beräkningen inte är lika viktig för många områden, till exempel i solfysik, vad gäller den noggrannhet som behövs. Men särskilt förmörkelsen är mycket intresserad av noggrannheten ."

Räkna ut det

Michael Kentrianakis, en ivrig förmörkare och en medlem av det amerikanska astronomiska samhällets Solförmörkelse Task Force, lärde sig om förvirringen över solens storlek från sin kollega Luca Quaglia, en fysiker och förmörkelseforskare.

"Det halm som bröt kamelens rygg", sade Kentrianakis, under en expedition till Argentina i februari, där han placerade sig utanför vad som borde ha varit kanten av en ringformig förmörkelse - där månen cirkuleras av en ljus "ring av eld ." En större sol skulle göra "ring av eld" -effekten synlig för ett bredare område.

"Tekniskt sett borde jag ha varit utanför annularitet [men de ofiltrerade fotografierna visar] vi var fortfarande på väg av ringformighet, och vi har denna vackra kromosfär som cirklar runt vid kanten", säger Kentrianakis. Den erfarenheten övertygade honom fullständigt om att solen var större än allmänt tänkt.

Den kommande eklipsen - som sannolikt kommer att vara den mest övervakade totala solförmörkelsen i historien, har NASA-tjänstemän sagt - kommer att ge en chans för andra inom och utanför vägen för totalitet för att verifiera dess storlek.

Medan forskare normalt använder solens radie för att beräkna exakt när månen kommer att täcka och avtäcka solen för en viss plats, kallad kontakttider, krävs den motsatta strategin här, berättade Quaglia på ProfoundSpace.org. "Om vi ​​kan mäta kontakttiderna noggrant, allt annat är detsamma, det enda som kan förändras är solradiusen. Vi kan faktiskt beräkna solens radie så," sa han.

Kentrianakis, Jubier, Quaglia och andra vill stifta det genom att placera forskare inom och utanför där totalitet ska vara, beväpnad med utrustningen för det som kallas ett "flash-spektrum" -fotografi. Processen använder ett texturerat galler över en kamera som splittrar inkommande ljus i komponentvåglängder - vilket gör det enkelt att bestämma när hela fotosfären har täcks av månen, vilket avslöjar en mer begränsad uppsättning våglängder som emitteras av kromosfären. Kombinerad med exakta tidsstämplar, skulle processen ge starka bevis för solens storlek. (En sådan process har tidigare använts, men i begränsad omfattning sa Quaglia.)

Sådana mätningar skulle också ge en annan fördel, sa Jubier - att undersöka vad vissa tycker är ett tunt skikt mellan fotosfären och kromosfären som kallas mesosfären. Det tunna skiktet kan vara synligt ett ögonblick efter att fotosfären blottats ut under en förmörkelse, vilket innebär att observatörer kan göra mätningar som förvirrar mesosfären för fler av fotosfären. Ett blixtspektrum kan bidra till att skilja mellan de två, även om det måste vara en tillräckligt hög upplösning så att signalerna från varandra kan separeras tydligt.

En grupp som involverade Quaglia, Kentrianakis och Jubier kunde inte få finansiering för så bred ett flashspektrumsexperiment som de skulle ha velat - något som 30 separata mätstationer uppställda strax innanför och strax utanför den förutspådda förmörkelsen. Men forskare kan fortfarande använda crowdsourced data och mätningar under eclipse för att lära sig mer.

"Ju fler observationer vi har desto bättre, även om de inte ger den typ av kvalitet som vi förväntade oss att få från den cinematografiska spektroskopin", sa Jubier. "Tiden kommer att berätta vad vi kan göra av allt detta."

Jubier sa att flashspektrummätningar skulle vara mest användbara, men det skulle (säkert!) Ofiltrerade synpunkter på eklipsen. De flesta filter skär ut detaljerna i bilderna, vilket gör det mycket svårare att bestämma exakt när solen helt täcker månen.

Andra grupper kommer också att använda förmörkelsen för att försöka mäta solens diameter, sade Quaglia, inklusive International Occulting Timing Association, som kommer att analysera smartphone-videor i intervaller vinkelrätt mot förmörkelsen i Nebraska.

"Ju fler människor, desto mer tekniker, desto mer involverade team kommer att få oss där som helhet", sa Quaglia. "Om den internationella astronomiska unionen då fattar beslutet att ändra värdet, kommer de förmodligen inte att ändra värdet lätt."

Att förstå den synliga solens exakta storlek kommer endast att vara möjlig genom att kombinera noggranna solmätningar med simuleringarna och den exakta förståelsen av månens och jordens höjningar som existerar nu, sade Jubier. Men bitarna är på plats för att bestämma om tillräckligt många människor kommer ombord för att mäta den vanligaste syn på himlen under de ovanliga ögonblicken av förmörkelse.

"Det är stort, och det kommer att ta många förmörkelser - det kan ta fram till 2024 - men vi börjar det nu, säger Kentrianakis.