Gränserna för Tritons skugga över jordens yta indikeras med svarta linjer på denna karta, medan den orange linjen är vägen till skuggans mitt. SOFIAs flygbana representeras av den röda linjen; poängen med det avgörande, två minuters observation av Triton när den är i linje med stjärnan markeras av flygplanet. De röda och blå prickarna representerar de markbaserade teleskopen som också kommer att observera Triton. Kredit:DSI/ Karsten Schindler (Kartdata, Google)
Forskare på flygobservatoriet SOFIA, Stratosfärobservatoriet för infraröd astronomi, förbereder sig för ett två minuters tillfälle att studera atmosfären på Neptunus måne Triton när den kastar en svag skugga på jordens yta. Detta är första chansen att undersöka Tritons atmosfär på 16 år.
Den 5 oktober När Triton passerar framför en avlägsen stjärna kommer den att blockera stjärnans ljus i en förmörkelseliknande händelse som kallas en ockultation. Under den himmelska inriktningen, teamet ombord på det specialutrustade Boeing 747SP-flygplanet kommer att göra observationer av den avlägsna stjärnans ljus när den passerar genom Tritons atmosfär.
Triton har inte passerat framför ljusa stjärnor på många år, gör ockultationsobservationer svåra. Nu, när Triton passerar framför en ljus stjärna, data som samlats in av SOFIAs 100-tums (2,5 meter) ombord teleskop och tre kraftfulla instrument kommer att göra det möjligt för forskare att bättre studera och karakterisera månens atmosfär, inklusive dess temperatur, tryck och densitet.
Tidigare observationer, inklusive de från NASA:s rymdfarkoster Voyager 2 tagna 1989 och en tidigare ockultationsobservation 2001, indikerar att Tritons atmosfär till största delen består av kväve och är förvrängd på olika platser av dess höga vindar och starka tidvatten. Dessa nya ockultationsdata kan också ge detaljer om hur atmosfären varierar på olika höjder, gör det möjligt för forskare att undersöka om atmosfären har förändrats sedan den senast studerades.
Att fånga en skugga
Fångar Tritons skugga när den rusar över jordens yta vid mer än 37, 000 mph (17 km/s) medan flygplanet färdas med Mach 0,85 (ungefär 652 mph), är ingen liten bedrift. För att säkerställa att de är på rätt plats vid rätt tidpunkt, forskare har gjort avancerade observationer av Triton och stjärnan med flera teleskop för att bestämma platsen för deras skugga. Från dessa exakta beräkningar, SOFIAs färdplanerare har utformat en färdplan som kommer att placera det flygande observatoriet i mitten av skuggan i cirka två minuter när Triton riktar sig framför stjärnan.
"SOFIA är det enda observatoriet som kan placera sig direkt i skuggans mittlinje samtidigt som man undviker alla skymmande moln, sa Ted Dunham, astronom från Lowell Observatory i Arizona och instrumentforskare för High Speed Photometer for Occultations (HIPO). "Med det dedikerade SOFIA-teamet och tre instrument ombord, vi kan göra de exakta mätningarna som krävs för att studera Tritons atmosfär i detalj."
Även om det är utmanande, SOFIAs team har tidigare använt denna metod för att göra framgångsrika observationer av Plutos atmosfär med SOFIA 2011 och 2015. Dessutom, forskare om SOFIAs föregångare, Kuiper Airborne Observatory, upptäckte Uranus ringar när han studerade en ockultation av den planeten 1977.
Mark- och luftobservationer tar form
Triton har starka tidvatten eftersom det är nära Neptunus, mycket närmare jorden än vår måne är. Dessa kraftfulla tidvatten i kombination med dess starka vindar, ändra formen på dess atmosfär. För att mäta den övergripande formen av Tritons atmosfär, forskarna samarbetar också med mer än 30 markbaserade teleskop över östra USA och Europa. De flesta av dessa teleskop är inte placerade där skuggans mitt kommer att falla, men de kommer att göra samtidiga observationer av olika områden i Tritons atmosfär för att få en global bild av dess form. Data från hela jorden, kombinerat med det som samlats ombord på SOFIA, kommer att hjälpa forskare att förstå hur dessa krafter påverkar atmosfären.
"Den markbaserade kampanjen förstärker både synliga och infraröda data från SOFIA, för att ge oss ett globalt perspektiv på Tritons atmosfär, " Kimberly Ennico Smith, SOFIA-projektforskare vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley.
Mitten av Tritons skugga, som förutspås falla över östra USA, Atlanten, och Europa, är långt från SOFIA:s hemmabas vid NASA:s Armstrong Flight Research Center i Palmdale, Kalifornien. För denna flygning, det flygande observatoriet kommer att fungera från en tillfällig bas i Daytona Beach, Florida, för att slutföra dessa observationer. Från Florida, SOFIA kan nå skuggans centrum och återvända under en singel, nio timmars observationsflygning.
