När den totala solförmörkelsen svepte över USA den 21 augusti, 2017, NASA-satelliter fångade en mängd olika bilder från rymden. Men dagar före förmörkelsen, Vissa NASA-satelliter gjorde det också möjligt för forskare att förutsäga hur koronan - solens yttre atmosfär - skulle se ut under förmörkelsen, från marken. Förutom att erbjuda en fallstudie för att testa vår prediktiva förmåga, förutsägelserna gjorde det också möjligt för vissa eclipse-forskare att välja sina studiemål i förväg.

Prediktiv vetenskap, Inc., San Diego, Kalifornien – ett privat forskningsföretag inom beräkningsfysik som stöds av NASA, National Science Foundation och Air Force Office of Scientific Research – använde data från NASA:s Solar Dynamics Observatory, eller SDO för att utveckla en förbättrad numerisk modell som simulerade hur koronan skulle se ut under den totala förmörkelsen. Deras modell använder observationer av magnetiska fält på solens yta och kräver en mängd superdatorresurser för att förutsäga hur magnetfältet formar koronan över tid.

När koronan och solmaterialet spred sig utåt från solen, de kan manifestera sig som störningar i rymden nära jorden, känt som rymdväder. "Rymdvädermodeller måste kunna karakterisera koronans struktur för att förbättra prognoser om vägen och möjliga effekter av dessa händelser, "Predictive Science president och vetenskapsman Jon Linker sa.

Ett nyckelverktyg är datormodeller som simulerar händelser på solen innan de ens inträffar. Denna jämförelse av modeller och observationer är en kärnaspekt av heliofysik - det vetenskapsområde som är dedikerat till att förstå solen och dess dynamiska inflytande i hela solsystemet. Utan möjligheten att mäta corona direkt, heliofysiker testar sina teorier genom att använda komplexa datorsimuleringar.

Eclipses erbjuder en unik möjlighet för forskare att testa sådana modeller. Under den totala förmörkelsen, Månen skymde helt solens ljusa ansikte, avslöjar den innersta delen av koronan – regionen där solutbrott som utstötningar av koronala massa har sitt ursprung, men är svår att observera under vanliga omständigheter. Genom att jämföra deras förutsägelser med de observationer som samlades in under själva förmörkelsen, forskare kan bedöma och förbättra prestandan för sina koronala modeller.

Modellen som Predictive Science-forskarna använde för sin slutliga förutsägelse av augustiförmörkelsen 2017 var den mest komplexa hittills. Förutom SDO:s kartor över solens magnetfält, den använde också SDO-observationer av filament – ​​serpentinstrukturer på solens yta bestående av svala, tätt solmaterial.

Större komplexitet kräver fler datortimmar, och varje simulering krävde tusentals processorer och tog ungefär två dagar i realtid att slutföra. Forskargruppen körde sin modell på flera superdatorer inklusive anläggningar vid Texas Advanced Computer Center i Austin, Texas; San Diego Supercomputer Center i Kalifornien; och Pleiades superdator vid NASA Advanced Supercomputing-anläggningen vid NASAs Ames Research Center i Silicon Valley, Kalifornien.

"Baserat på en mycket preliminär jämförelse, det ser ut som att modellen klarade sig mycket bra när det gällde att fånga drag av den storskaliga koronan, " sa Linker. I sin ökade komplexitet, modellen visar att även solens fina magnetiska strukturer är intimt relaterade till koronans enorma struktur.

Medan forskare körde sina modeller, NASA:s eget Solar and Terrestrial Relations Observatory, eller STEREO-A rymdfarkost, kunde också blicka in i framtiden och ge ledtrådar om hur koronan skulle se ut dagen för förmörkelsen. När förmörkelsen närmade sig, på grund av STEREO-A:s position bakom solen och de speciella rotationshastigheterna för solen och jorden, STEREO-A:s syn på corona den 12 augusti, 2017, var praktiskt taget samma som de inom totalitetens väg skulle se nio dagar senare den 21 augusti. Det vill säga, STEREO-A:s utsiktspunkt är ungefär nio dagar före jordens.

STEREOs nyckelinstrument inkluderar ett par koronagrafer – teleskop som använder en metallskiva som kallas en ockultskiva för att studera koronan. Precis som en total förmörkelse, den ockulterande skivan blockerar solens starka ljus, gör det möjligt att urskilja den omgivande koronan.

Coronagraph-bilder från 12 och 21 augusti visar stor likhet; båda har en dominerande tre-streamer-form. Här, STEREO-bilden jämförs med en bild från det gemensamma ESA/NASA Solar and Heliospheric Observatory, eller SOHO, som var placerad för att dela jordens syn på koronan den 21 augusti. Den lilla skillnaden i placeringen av streamers beror på att STEREO-A och SOHO ser solen från lite olika vinklar.

"Den lilla skillnaden mellan bilderna 12 och 21 augusti visar att solens atmosfär utvecklas mycket långsamt - som vi förväntar oss att den ska göra, i sin fallande fas mot solminimum, sa Angelos Vourlidas, en STEREO vetenskapsteammedlem och heliofysiker vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland. "Solen kommer sakta att sova - men inte tyst, som den senaste strömmen av solaktivitet påminde oss!"

Solminimum är perioden med lägre solaktivitet i solens naturliga cirka 11-åriga cykel. I tider av större solaktivitet, den dynamiska koronan kunde ha utvecklats för snabbt för att göra en sådan förutsägelse användbar. Men i dessa tider närmar sig solminimum, både Predictive Science och STEREOs förmörkelseförutsägelser erbjöd en möjlighet för forskare att förbättra modeller och vår förståelse av solens nuvarande aktivitet.