En total solförmörkelse inträffar någonstans på jorden ungefär en gång var 18:e månad. Men eftersom jordens yta mestadels är hav, de flesta förmörkelser är synliga över land under bara en kort tid, Om överhuvudtaget. Den totala solförmörkelsen den 21 augusti, 2017, är annorlunda - dess väg sträcker sig över land i nästan 90 minuter, ge forskare en aldrig tidigare skådad möjlighet att göra vetenskapliga mätningar från marken.

När månen rör sig framför solen den 21 augusti, det kommer att helt skymma solens ljusa ansikte. Detta händer på grund av en himmelsk slump - även om solen är cirka 400 gånger bredare än månen, månen den 21 augusti kommer att vara cirka 400 gånger närmare oss, vilket gör deras skenbara storlek på himlen nästan lika stor. Faktiskt, månen kommer att verka något större än solen för oss, gör att den kan skymma solen helt i mer än två och en halv minut på vissa platser. Om de hade exakt samma skenbara storlek, den totala förmörkelsen skulle bara vara i ett ögonblick.

Förmörkelsen kommer att avslöja solens yttre atmosfär, kallas corona, som annars är för svagt för att se bredvid den ljusa solen. Även om vi studerar koronan från rymden med instrument som kallas koronagrafer - som skapar konstgjorda förmörkelser genom att använda en metallskiva för att blockera solens ansikte - finns det fortfarande några lägre delar av solens atmosfär som bara är synliga under totala solförmörkelser. På grund av ljusets egenskap som kallas diffraktion, skivan på en koronagraf måste blockera både solens yta och en stor del av koronan för att få skarpa bilder. Men eftersom månen är så långt borta från jorden - cirka 230, 000 miles bort under förmörkelsen - diffraktion är inget problem, och forskare kan mäta den nedre koronan i detalj.

NASA utnyttjar den 21 augusti, 2017, eclipse genom att finansiera 11 markbaserade vetenskapliga undersökningar över hela USA. Sex av dessa fokuserar på solens korona.

Källan till rymdvädret

Vår sol är en aktiv stjärna som ständigt släpper ut ett flöde av laddade partiklar och magnetfält som kallas solvinden. Denna solvind, tillsammans med diskreta rapar av solmaterial som kallas koronala massutstötningar, kan påverka jordens magnetfält, skicka partiklar som regnar ner i vår atmosfär, och - när de är intensiva - nedslagssatelliter. Även om vi kan spåra dessa solutbrott när de lämnar solen, nyckeln till att förutsäga när de kommer att hända kan ligga i att studera deras ursprung i den magnetiska energin lagrad i den nedre koronan.

Ett team under ledning av Philip Judge från High Altitude Observatory i Boulder, Colorado, kommer att använda nya instrument för att studera koronans magnetfältsstruktur genom att avbilda detta atmosfäriska skikt under förmörkelsen. Instrumenten kommer att avbilda koronan för att se fingeravtryck som magnetfältet lämnar i synliga och nära infraröda våglängder från en bergstopp nära Casper, Wyoming. Ett instrument, POLARCAM, använder ny teknik baserad på mantisräkans ögon för att få nya polarisationsmätningar, och kommer att fungera som ett proof-of-concept för användning i framtida rymduppdrag. Forskningen kommer att öka vår förståelse för hur solen genererar rymdväder.

"Vi vill jämföra mellan de infraröda data vi fångar och de ultravioletta data som registrerats av NASAs Solar Dynamics Observatory och JAXA/NASAs Hinode-satellit, " sade domaren. "Detta arbete kommer att bekräfta eller motbevisa vår förståelse av hur ljus över hela spektrumet bildas i korona, kanske hjälper till att lösa några tjatande meningsskiljaktigheter."

Resultaten från kameran kommer att komplettera data från en luftburet studie som avbildar korona i infrarött, samt en annan markbaserad infraröd studie ledd av Paul Bryans vid High Altitude Observatory. Bryans och hans team kommer att sitta i en trailer på toppen av Casper Mountain i Wyoming, och rikta ett specialiserat instrument mot förmörkelsen. Instrumentet är en spektrometer, som samlar ljus från solen och separerar varje våglängd av ljus, mäter deras intensitet. Denna speciella spektrometer, kallad NCAR Airborne Interferometer, kommer, för första gången, kartlägga infrarött ljus som sänds ut av solkoronan.

"Dessa studier är komplementära. Vi kommer att ha spektral information, som avslöjar ljusets komponentvåglängder, ", sa Bryans. "Och Philip Judges team kommer att ha den rumsliga upplösningen att berätta var vissa funktioner kommer ifrån."

Dessa nya data kommer att hjälpa forskare att karakterisera koronans komplexa magnetfält – avgörande information för att förstå och så småningom hjälpa till att förutse rymdväderhändelser. Forskarna kommer att utöka sin studie genom att analysera deras resultat tillsammans med motsvarande rymdbaserade observationer från andra instrument ombord på NASAs Solar Dynamics Observatory och den gemensamma NASA/JAXA Hinode.

I Madras, Oregon, ett team av NASA -forskare under ledning av Nat Gopalswamy vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, kommer att peka en ny, specialiserad polarisationskamera vid solens svaga yttre atmosfär, corona, tar flera sekunders exponeringar vid fyra utvalda våglängder på drygt två minuter. Deras bilder kommer att fånga data om temperaturen och hastigheten på solmaterial i korona. För närvarande kan dessa mätningar endast erhållas från jordbaserade observationer under en total solförmörkelse.

Att studera corona vid tidpunkter och platser utanför en total förmörkelse, forskare använder koronagrafer, som efterliknar förmörkelser genom att använda solida skivor för att blockera solens ansikte ungefär som månens skugga gör. Typiska koronagrafer använder ett polarisatorfilter i en mekanism som svänger genom tre vinklar, en efter den andra, för varje våglängdsfilter. Den nya kameran är designad för att eliminera detta otrevliga, tidskrävande process, genom att införliva tusentals små polarisationsfilter för att läsa ljus polariserat i olika riktningar samtidigt. Att testa detta instrument är ett avgörande steg mot att förbättra koronagraferna och i slutändan, vår förståelse av koronan – själva roten till solstrålningen som fyller upp jordens rymdmiljö.

Oförklarlig koronal uppvärmning

Svaret på ett annat mysterium ligger också i den nedre koronan:Den tros hålla hemligheterna bakom en långvarig fråga om hur solatmosfären når så oväntat höga temperaturer. Solens korona är mycket varmare än dess yta, vilket är kontraintuitivt, eftersom solens energi genereras av kärnfusion i dess kärna. Vanligtvis sjunker temperaturen konsekvent när du går bort från den värmekällan, på samma sätt som det blir svalare när du rör dig bort från en eld – men inte så i fallet med solens atmosfär. Forskare misstänker att detaljerade mätningar av hur partiklar rör sig i den nedre koronan kan hjälpa dem att avslöja mekanismen som producerar denna enorma uppvärmning.

Padma Yanamandra-Fisher från Space Science Institute kommer att leda ett experiment för att ta bilder av den nedre koronan i polariserat ljus. Polariserat ljus är när alla ljusvågor är orienterade på samma sätt, och det produceras när det är vanligt, opolariserat ljus passerar genom ett medium - i det här fallet, elektronerna i den inre solkoronan.

"Genom att mäta den polariserade ljusstyrkan för den inre solkoronan och använda numerisk modellering, vi kan extrahera antalet elektroner längs siktlinjen, " sa Yanamandra-Fisher. "I huvudsak, vi kartlägger fördelningen av fria elektroner i den inre solkoronan."

Att kartlägga den inre koronan i polariserat ljus för att avslöja tätheten av val är en kritisk faktor för att modellera koronala vågor, en möjlig källa till koronal uppvärmning. Tillsammans med opolariserade ljusbilder som samlats in av det NASA-finansierade medborgarvetenskapsprojektet Citizen CATE, som kommer att samla förmörkelsebilder från hela landet, dessa polariserade ljusmätningar kan hjälpa forskare att ta itu med frågan om solkoronans ovanligt höga temperaturer.

Shadia Habbal från University of Hawaiis Institute for Astronomy i Honolulu kommer att leda ett team av forskare för att avbilda solen under den totala solförmörkelsen. Förmörkelsens långa väg över land gör att laget kan avbilda solen från fem platser i fyra olika stater, ca 600 mil ifrån varandra, så att de kan spåra kortsiktiga förändringar i corona och öka oddsen för bra väder.

De kommer att använda spektrometrar, som analyserar ljuset som sänds ut från olika joniserade grundämnen i koronan. Forskarna kommer också att använda unika filter för att selektivt avbilda korona i vissa färger, vilket gör att de kan sondera direkt in i fysiken i solens yttre atmosfär.

Med dessa uppgifter, de kan utforska koronans sammansättning och temperatur, och mät hastigheten på partiklar som strömmar ut från solen. Olika färger motsvarar olika element - nickel, järn och argon - som har tappat elektroner, eller blivit joniserad, i coronas extrema hetta, och varje grundämne joniseras vid en specifik temperatur. Genom att analysera sådan information tillsammans, forskarna hoppas på att bättre förstå de processer som värmer koronan.

Amir Caspi från Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, och hans team kommer att använda två av NASA:s WB-57F forskningsjets för att ta observationer från dubbla teleskop monterade på näsan på planen. De kommer att fånga de tydligaste bilderna av solens yttre atmosfär – koronan – hittills och de första termiska bilderna någonsin av Merkurius, avslöjar hur temperaturen varierar över