På måndag, 21 augusti, 2017, miljoner i USA kommer att ha ögonen mot himlen när de bevittnar en total solförmörkelse. Månens skugga kommer att rasa över USA, från Oregon till South Carolina. Denna skuggas väg, även känd som helhetens väg, är där observatörer kommer att se månen helt täcka solen. Och tack vare månens höjddata från NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter, eller LRO, tillsammans med detaljerad NASA-topografidata för jorden, vi har de mest exakta kartorna över totalitetens väg för alla förmörkelser hittills.

Tidig kartläggning

Eclipse-kartor har länge använts för att plotta den förutspådda vägen för månens skugga när den korsar jordens yta. Friedrich Wilhelm Bessel och William Chauvenet, två framstående astronomer och matematiker från 1800-talet, utvecklade den matematik som fortfarande används för att göra förmörkelsekartor – långt före datorer och de exakta astronomiska data som samlades in under rymdåldern.

Traditionellt, Förmörkelseberäkningar antar att alla observatörer befinner sig vid havsnivån och att månen är en slät sfär som är perfekt symmetrisk runt dess massacentrum. Beräkningarna tar inte hänsyn till olika höjder på jorden och månens krater, ojämn yta.

För lite mer exakta kartor, människor använder höjdtabeller och plotter av månens lem – kanten på månens synliga yta sett från jorden. Tills nyligen, astronomer har använt lemprofilerna som publicerades 1963 av astronomen Chester Burleigh Watts för att skapa förmörkelsekartor över månens väg till helhet. För att producera hans profiler, Watts designade en maskin som spårade 700 fotografier som täcker varje vinkel på månen som är synlig från jorden.

Dock, förmörkelseberäkningar har fått ännu större noggrannhet baserat på topografidata från LRO-observationer.

En ny titt på ett gammalt fenomen

Med hjälp av LRO-höjdkartor, NASA-visualiseraren Ernie Wright vid Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, skapat en kontinuerligt varierande månlemmens profil när månens skugga passerar över USA som den kommer att göra under den kommande solförmörkelsen. Bergen och dalarna längs kanten av månens skiva påverkar tidpunkten och varaktigheten av helheten med flera sekunder. Wright använde också flera NASA-datauppsättningar för att tillhandahålla en höjdkarta över jorden så att förmörkelseobservatörsplatser avbildades på deras verkliga höjd.

De resulterande visualiseringarna visar något som aldrig tidigare setts:det sanna, tidsvarierande form av månens skugga, med effekterna av både en exakt månlem och jordens terräng.

"Vi kunde inte ha gjort sådana här visualiseringar ens för 10 år sedan, ", sa Wright. "Detta är ett sammanflöde av ökad datorkraft och nya datauppsättningar från fjärranalysplattformar som LRO och Shuttle Radar Topography Mission."

Månens umbra är den del av månens skugga där hela solen blockeras av månen. På en förmörkelsekarta, detta talar om för dig var du ska stå för att uppleva helheten. I århundraden, förmörkelsekartor har avbildat formen på månens umbra, eller mörkaste delen av dess skugga, som en slät ellips.

Som framgår av de nya visualiseringarna, umbralformen förändras dramatiskt av både den robusta månterrängen och höjderna av observatörer på jorden.

"Vi har känt till ett tag nu om effekterna av månens lem och observatörernas höjd på jorden, men det är första gången vi verkligen har sett det på det här sättet, " sa Wright. "Jag tror att det kommer att förändra hur folk tänker om att kartlägga förmörkelser."

Den sanna formen av umbra är mer som en oregelbunden polygon med lätt böjda kanter. Varje kant motsvarar en enda dal på månens lem, den sista punkten på lemmen som släpper igenom solljus. När dessa kanter passerar över bergskedjor, de är bågade av landskapets toppar och dalar. Månens umbra kommer att korsa kaskaderna, Klippiga bergen och Appalacherna under 2017 års förmörkelse.

"Sol- och månförmörkelser ger ett utmärkt tillfälle att prata om månen, eftersom utan månen skulle det inte finnas några förmörkelser, sa Noah Petro, biträdande projektvetare för LRO. "Eftersom vi känner månens form bättre än någon annan planetkropp, tack vare LRO, vi kan nu exakt förutsäga skuggans form när den faller på jordens yta. På det här sättet, LRO-data kastar nytt ljus över våra förutsägelser för den kommande solförmörkelsen."

Den totala solförmörkelsen i måndags, 21 augusti, 2017 kommer att korsa det kontinentala USA med början i Oregon och slutar i South Carolina. Senast en total solförmörkelse sträckte sig över USA var 1918, när helhetens väg gick in genom Washingtons sydvästra hörn och passerade över Denver, Colorado, Jackson, Mississippi, och Orlando, Florida innan de lämnar landet vid Floridas Atlantkust.