Den 11 december 2017, sex forskare diskuterade initiala fynd baserat på observationer av solen och på jorden som samlats in under solförmörkelsen som sträckte sig över Nordamerika den 21 augusti, 2017. Allt från ny information om hur solens atmosfär genererar värme, till hur nedgången i solenergi påverkade jordens atmosfär, och till och med hur man skyddar mot att förorena andra planeter med bakterier, forskarna delade med sig av sina resultat vid höstmötet för American Geophysical Union, i New Orleans.

"Denna förmörkelse gav oss en möjlighet att cementera idén om sol-jord-förbindelsen, sa Lika Guhathakurta, som ledde NASA:s vetenskapliga ansträngningar för förmörkelsen den 21 augusti. "En mängd nya observationer, instrument och observationsplattformar aktiverades av denna förmörkelse. Det kommer att bli fascinerande att se hur dessa utvecklas till nya forskningsplaner och ny teknik för framtida användning."

En stund i solens atmosfär

Medan totala solförmörkelser inträffar ungefär en gång var 18:e månad någonstans på jorden, augustiförmörkelsen var sällsynt i sin långa väg över land:den totala förmörkelsen varade cirka 90 minuter totalt, från det att den först nådde Oregons kust tills den lämnade det nordamerikanska fastlandet i South Carolina. så här länge, oavbruten väg över land gav forskare en sällsynt förändring för att undersöka solen och dess inflytande på jorden på sätt som vanligtvis inte är möjliga.

Under de få ögonblicken av en total solförmörkelse, Solens korona – annars för svag för att se bredvid dess ljusa ansikte – är synlig från jorden. Vi studerar koronan från rymden med instrument som kallas coronagraphs, som skapar konstgjorda förmörkelser genom att använda en metallskiva för att blockera solens ansikte.

Men de innersta delarna av solens korona i vitt ljus är bara synliga under totala solförmörkelser. På grund av en egenskap hos ljus 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 augustiförmörkelsen – diffraktion är inget problem, och forskare kan mäta den nedre koronan i detalj.

Två forskare talade vid pressträffen om sin forskning om corona:Amir Caspi, en rymdforskare vid Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, och Matt Penn, av National Solar Observatory. Att studera vår sols korona ger en möjlighet både att förstå vad som driver dess intensiva värme samt att förbättra vår förmåga att förutsäga när solen kan få ett utbrott med gigantiska explosioner av solmaterial som kallas koronala massutstötningar, som kan påverka vår rymdmiljö och – när det är intensivt – påverka satelliter.

Som Caspi förklarade:Beroende på plats på marken, någon som studerar solen under förmörkelsen den 21 augusti kunde samla in upp till 2 minuter och 42 sekunders data. Men Caspis projekt, finansierat av NASA, tog inspiration från tidigare förmörkelsestudier för att sträcka den tiden ännu längre. Med hjälp av ett par NASA WB-57 jets, Caspi och hans team hade en oavbruten utsikt över solkoronan i drygt sju och en halv minut.

Även om de ursprungligen designades för att övervaka uppskjutningar av rymdfärjor, teleskopen – och strålarna som de var monterade på – var en överraskande välsignelse för solvetenskapen.

"Dessa instrument byggdes inte för vetenskap, de var avsedda för vetenskap, ", sa Caspi. "Detta var det första flygburna astronomiprojektet på WB-57-plattformen."

Denna ombyggda vetenskap gör dataanalys ännu mer utmanande, eftersom bilderna måste bearbetas och kalibreras noggrant för att avslöja nyckeldetaljer om solens magnetiska vågor och deras förhållande till de utomordentligt höga temperaturerna i solkoronan.

Matt Penn utnyttjade också förmörkelsens väg över land för att få en unik uppsättning observationer. Citizen CATE-projektet – en förkortning för Continental-America Telescopic Eclipse – bestod av 68 identiska små teleskop spridda över hela vägen och drivs av medborgare och studerande forskare.

"När månens skugga lämnade ett av våra teleskop, det täckte nästa i vårt nätverk, " sa Penn. "Istället för att observera i två och en halv minut, vi kunde observera i 93 minuter."

Under förmörkelsen, 61 av projektets 68 teleskop lyckades fånga koronala bilder, uppgår till 82 minuters total observationstid av de 93 minuter som den totala solförmörkelsen var över land. Denna framgång innebär att det finns en enorm mängd data för teamet att analysera – även om Penn säger att de kunde ta detaljerade bilder av de solfunktioner de var mest intresserade av:Snabba solvindar strömmar nära solens nord- och sydpoler.

Utforska Sun-Earth-förbindelsen

Andra forskare vid briefingen presenterade resultat om förmörkelsens påverkan närmare hemmet. Högt uppe i jordens övre atmosfär, ovanför ozonskiktet, solens intensiva strålning skapar ett lager av elektrifierade partiklar som kallas jonosfären. Denna region av atmosfären reagerar på förändringar från både jorden under och rymden ovanför. Sådana förändringar i den lägre atmosfären eller rymdvädret kan visa sig som störningar i jonosfären som kan störa kommunikations- och navigeringssignaler.

Greg Earle, från Virginia Tech, använde förmörkelsen som ett naturligt laboratorium för att testa modeller av jonosfärens effekter på dessa kommunikationssignaler. Earle och hans team använde datormodeller för att uppskatta hur förmörkelsen skulle påverka radiosignaler - främst, hur långt de kunde resa genom atmosfären innan de gick ut. De förutspådde att förmörkelsen skulle utöka radiosignalernas räckvidd på grund av en minskning av antalet strömsatta partiklar i jonosfären, liknande vad som händer på natten. Och de hade rätt.

"Datan var en bekräftelse på att vår modellering var på rätt väg, sade Earle. Under förmörkelsen, radiosignaler spred sig mycket, mycket längre än de gör en vanlig dag."

Earle och hans team använde en litani av radiosändare och mottagare för att testa radiosignalernas räckvidd under förmörkelsen:Två redan existerande radarstationer, fyra specialbyggda antennplatser, och rapporter från tusentals hamradiooperatörer från hela Nordamerika, som frivilligt anmälde sina observationer som en del av en tävling organiserad i samband med American Radio Relay League.

Att validera denna modell av jonosfären är ett steg mot att förstå mindre förutsägbara förändringar i jonosfären som kan påverka tillförlitligheten hos våra kommunikations- och navigeringssignaler.

Angela Des Jardins från Montana State University talade vid briefingen om Eclipse Ballooning Project, som flög ballonger genom jordens lägre atmosfär under förmörkelsen. Om du såg förmörkelsen online den 21 augusti, några av de livebilder du såg kan ha kommit från dessa ballonger. Ballongerna — flugit till fler än 100, 000 fot av 55 lag av college- och gymnasieelever – tillhandahöll den första livefilmen någonsin av en förmörkelse från denna region av atmosfären. Förutom att ge fantastisk utsikt, de möjliggjorde också unik vetenskap.

Projektet inkluderade väderballongflygningar från ett dussin platser för att bilda en bild av hur jordens lägre atmosfär – den del vi interagerar med och som direkt påverkar vårt väder – reagerade på förmörkelsen. Dessa data avslöjade att det planetariska gränsskiktet, den lägsta delen av jordens atmosfär, sjönk ner nästan till sin nattliga höjd under förmörkelsen.

Flera dussin av förmörkelseballongerna flög också kort som innehöll ofarliga bakterier för att hjälpa oss förstå potentiella problem med planetarisk kontaminering.

"Vi vill inte kontaminera andra planeter när vi skickar robotar - eller till och med människor - så vi måste förstå om mikroskopiskt liv, som bakterier, kunde överleva på Mars, sa Des Jardins.

På många sätt, Jordens stratosfär liknar miljön på Mars yta, med ett primärt undantag:mängden solljus. Men under förmörkelsen, nivån av solljus sjönk till något närmare vad du kan förvänta dig att se på Mars, ger den perfekta miljön för att testa härdigheten hos dessa potentiella Mars-inkräktare. Forskare tittar på data från detta experiment, och hoppas få resultat att publicera inom de närmaste månaderna.

Jay Herman, EPIC ledande forskare vid NASA Goddard, presenteras om hur händelsen den 21 augusti gav forskare möjligheten att studera effekterna av att förmörkelsen blockerade en del av solljuset som når jorden. Detta är ett steg i att mer exakt mäta molnens roll för att reglera hur mycket solenergi som når jordens yta, och hur mycket som reflekteras tillbaka ut i rymden. Datorprogram kan uppskatta effekterna av olika typer av moln på jordens energibudget, och en händelse som förmörkelsen – där månen fungerar som en jätte, ogenomträngligt moln – kan förbättra dessa program.

Deep Space Climate Observatory - en rymdfarkost från National Oceanic and Atmospheric Administration som kretsar 1 miljon miles från jorden och alltid är placerad mellan jorden och solen - gav en unik plattform för att se förmörkelsen och dess inverkan. Den bär ett NASA-instrument som kallas Earth Polychromatic Imaging Camera, eller EPIC, som mäter olika våglängder av ljus som reflekteras från jorden.

När Herman och hans kollegor mätte hur mycket ljus som reflekterades under förmörkelsen, de fann att den minskade med 10 procent över hela världen. Regelbunden, dagar utan solförmörkelse varierar vanligtvis med mindre än 1 procent, i jämförelse.

Och mer...

Många andra forskare – med stöd från NASA – utnyttjade solförmörkelsen för att genomföra nya studier av solen och jorden den 21 augusti.

Solforskning

En NASA-finansierad grupp ledd av Shadia Habbal vid University of Hawaii hittade atypiskt svalt material i koronan ovanför ett område där en koronal massutkastning precis hade brutit ut på ytan, före förmörkelsen. Detta fynd hjälper forskare att förstå fysiken hos dynamiska plasma i korona.

I Madras, Oregon, ett team av NASA-forskare ledda av Nat Gopalswamy från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, pekade en ny, specialiserad polarisationskamera vid corona, tar 50 bilder på fyra olika våglängder på drygt två minuter. Bilderna fångade data om temperaturen och hastigheten för solmaterial i korona.

Typiska koronagrafer använder ett polarisatorfilter i en mekanism som vrids genom tre vinklar, en efter den andra, för varje våglängdsfilter. Den nya kameran designades för att eliminera denna tidskrävande process, genom att införliva tusentals små polarisationsfilter för att läsa ljus polariserat i olika riktningar samtidigt.

Teamets resultat överensstämde med de från tidigare förmörkelser som observerats av de äldre, clunkigare polarisationskameror – visar framgångsrikt att instrumentet kan användas för att få exakta mätningar utan ett polarisationshjul. Med ytterligare testning och utveckling, gruppens kamera kommer så småningom att mogna till ett instrument avsett för rymdfärd.

Paul Bryans, en vetenskapsman vid UCAR, ledde ett annat NASA-finansierat projekt för att studera solen under augustiförmörkelsen. De kunde fånga ett spektrum av solens korona vid våglängder som sträcker sig från cirka 1 till 5 mikron, mycket längre våglängder än de som utgör de typer av ljus som våra ögon kan se. Detta spektrum är en mätning som inte ofta görs, och Bryans och hans team är hoppfulla att det kommer att avslöja intressanta egenskaper om solens atmosfär.

Bryans team fokuserade också på att ta bilder av kromosfären – den del av solens atmosfär som ligger under koronan – precis före och efter helheten, när det skulle vara synligt bortom månens kant utan att överväldigas av solens ljusa ansikte.

"En av de intressanta sakerna vi har gjort hittills är att jämföra resultat med några andra förmörkelseexperiment, " sa Bryans. I synnerhet, genom att jämföra deras data med de som samlats in av ett luftburet experiment från National Science Foundation, de kan peka ut vilka delar av solspektrumet som är lovande för framtida markbaserade studier. "En av de saker vi behöver veta är exakt vilka våglängder luften absorberar - om jordens atmosfär absorberar ljuset du letar efter, det finns ingen poäng."

Philip domare, även från High Altitude Observatory, ledde ett team i nära samverkan med Bryans för att studera solens korona och kromosfär med spektrografer – instrument som kategoriserar ljus efter dess komponentvåglängder – för att se fingeravtrycken som lämnas av solens magnetfält. Detta kromosfäriska blixtspektrum, inspelad med oöverträffad tidsupplösning, gör det möjligt för teamet att studera kromosfären som en funktion av höjden på skalor ner till bara några kilometer. Analys av dessa data pågår.

Domare samordnade också med Smithsonians Airborne Infrared Spectrometer experiment. Preliminära resultat från detta projekt visar två tidigare osynliga emissionslinjer från corona. Dessa data korskalibrerades också med markbaserade koronagrafer som används dagligen utanför förmörkelsen och ger forskarna en tydlig förståelse för sambandet mellan koronans utsläpp och ljuset som jordens atmosfär absorberar.

Arbetar tillsammans med Citizen CATE-projektet vid två teleskopplatser, Padma Yanamandra-Fisher och hennes team använde augustiförmörkelsen för att mäta polariserat ljus från den inre solkoronan, som endast kan observeras från marken under en total solförmörkelse. Att studera solens inre korona i polariserat ljus hjälper forskare att spåra signaturerna för solaktivitet som kan hjälpa till att förklara koronans extraordinärt höga temperaturer.

Inledande analys visar att polariseringen var störst längs solens ekvator, som visar var fria elektroner var rikligare, samt andra funktioner i corona. De fann också att en struktur av utstött material - en framträdande plats - var mycket svagt polariserad.

Yanamandra-Fishers team kommer också att kombinera sina data med data från Citizen CATE för att hjälpa till att belysa den korta periodvariationen i solkoronan, som inträffar på en tidsskala av bara några timmar.

"Datauppsättningen vi förvärvade från en av våra två platser är en av de bästa datamängderna för synlig polarisering av den inre koronan som finns tillgänglig just nu, eftersom vi hade en orörd observationsplats i Tetonia, Idaho, och ett utmärkt exempel på samarbete mellan professionella och amatörobservatörer, sa Yanamandra-Fisher.

Jonosfärisk forskning

När skuggan rörde sig över landet, skära bort jonosfärens vanliga källa till joniserande strålning, ett team ledd av Phil Erickson från Massachusetts Institute of Technologys Haystack Observatory observerade cirkulära bågvågor – störningar i regionens elektrontäthet, namngivna för sin likhet med vågorna en båt gör när den går genom vatten. Dessa vågor rusade längs hela vägen i 300 miles per sekund. Resande jonosfäriska störningar är ibland ansvariga för rymdvädermönster i den övre atmosfären, och är ofta kopplade till atmosfäriska gravitationsvågor.

"Våra jonosfäriska mätningar under augustiförmörkelsen 2017 gick extremt bra. Den högeffekts jonosfäriska radarn vid Millstone Hill i östra Massachusetts fungerade perfekt under fem dagar runt förmörkelsen, mäta jonosfärisk densitet, temperatur, och hastighet ovanför och även i olika riktningar på östkusten, sade Erickson. Dessutom, vår GPS-baserade programvara för totalt elektroninnehåll producerade kartor med bred täckning över jonosfärisk respons över hela den nordamerikanska kontinenten. Båda dessa datamängder har många fascinerande egenskaper, varav några var oväntade."

Bob Marshall och hans team, från University of Colorado Boulder, undersökte svaret från jonosfärens D-region på förmörkelsen med mycket låg frekvens, eller VLF, radiosignaler. Detta är den lägsta och minst täta delen av jonosfären - och på grund av det, den minst förstådda.

Datainsamlingen gick bra, Marshall sa, och gruppen fick all data de hoppades på. Teamet samlade in VLF-sändarsignaler som färdades över hela vägen i Boulder; Bear Lake, Utah; och Elginfield, Ontario, Kanada. Alla observationer visade tydliga signaturer av förmörkelsen, samt ett oväntat solsken.

"Vi fortsätter att sätta ihop modellsimuleringarna för att validera dessa VLF-observationer av förmörkelsen, Marshall sa. "Modellen är ganska involverad och komplex, men vi gör stora framsteg."