Det var den 14 augusti, 2017, bara en vecka innan månen skulle korsa vägar med solen och jorden, kastar sin skugga över USA. Hela landet surrade av förväntan på den flyktiga chansen att se korona, solens svaga yttre atmosfär.

Men väntan var unikt nervkittlande för en grupp forskare vid Predictive Science Inc., ett privat forskningsföretag i San Diego:De hade just publicerat en förutsägelse om hur korona skulle se ut den 21 augusti, dagen för den totala solförmörkelsen. Hur skulle deras förutsägelse - resultatet av en komplex numerisk modell och tiotals timmar beräkning - jämföras med den verkliga saken?

"Väntar på helhet, du vet exakt vad du har förutsagt och vad du förväntar dig, "Predictive Science researcher Zoran Miki? Said." Eftersom du arbetar med modellen så mycket och ser förutsägelsen så många gånger, det bränns i din hjärna. Det finns mycket ångest för om du har helt fel, det är lite pinsamt. "

Forskarna från Predictive Science använde data från NASA:s Solar Dynamics Observatory, eller SDO, att utveckla en modell som simulerar korona. Deras modell använder mätningar av magnetfält på solens yta för att förutsäga hur magnetfältet formar korona. Deras arbete stöddes av NASA, National Science Foundation och Air Force Office of Scientific Research. Miki? är huvudförfattare till ett papper som sammanfattar deras arbete och publicerades i Natur Astronomi den 27 augusti 2018.

Koronal vetenskap är djupt rotad i historien om totala förmörkelser; även med toppmodern teknik, det är bara under en total förmörkelse som forskare kan lösa den lägsta delen av korona, precis ovanför solens yta. Denna dynamiska del av solatmosfären är gängad med komplexa magnetfält som levererar energi för enorma utbrott som bloss och koronala massutstötningar.

När partiklar och strålning från solexplosioner reser ut från solen, de kan uppträda som störningar i rymden nära jorden, kallas rymdväder. Lika varierande som vädret vi upplever på jorden, rymdväder kan störa kommunikationssignaler, astronauter och satelliter i omloppsbana, eller till och med elnät.

Möjligheten att förutsäga och förutsäga rymdväder - ungefär som vi gör markväder - är avgörande för att mildra dessa effekter, och modeller som Predictive Science är viktiga verktyg i arbetet.

Förmörkelser ger forskare en unik möjlighet att testa sina modeller. Genom att jämföra modellens corona -förutsägelse med observationer under själva förmörkelsen, de kunde bedöma och förbättra prestandan för sina modeller.

Modellen som Predictive Science-teamet använde för förmörkelsen i augusti 2017 var deras mest komplexa än på två decennier av förmörkelseförutsägelse.

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

Förutom SDO:s kartor över solens magnetfält, modellen använde SDO -observationer av framträdanden - ormliknande strukturer gjorda av coola, tätt solmaterial som sticker ut från solens yta. Prominencer bildas i stressade delar av magnetfältet, där den är vriden till ett rep och kan bryta ut om den övervikas.

Forskarna inkluderade också nya beräkningar för koronaluppvärmning. Vi förstår ännu inte hur koronan flammar uppåt 2 miljoner grader Fahrenheit, medan bara 1, 000 mil nedanför, den underliggande ytan puttrar ljummet 10, 000 F. En teori föreslår elektromagnetiska vågor - kallade Alfvén -vågor - som släpps ut från solens vallande yta som rusar ut i korona, värmepartiklar när de sprider sig utåt, lite som hur havsvågor trycker och accelererar surfare mot stranden.

Genom att redogöra för framträdanden och dessa små - men många - vågor, forskarna hoppades att måla ett allt mer detaljerat porträtt av coronans komplexa beteende.

Efter förmörkelsen, gruppen fann att deras förutsägelse hade en slående likhet med den 21 augusti, 2017, korona, även om modellen saknar många finare strukturer. Både förutsägelsen och foton från marken som togs på förmörkelsens dag visar tre hjälmströmmar - enorma, kronbladformade strukturer som bildas över ett nätverk av magnetiska öglor. Styrkan i jämförelsen stöder framsteg i den nya modellen.

Forskare har alltid känt att de vridna magnetfälten som ligger till grund för framträdanden är en viktig del av solen, men lagets tidigare modeller var inte sofistikerade nog för att återspegla det. Detsamma gäller vågorna som värmer korona. "På något vis, modellens prestanda berättar att den nya uppvärmningsmodellen är på väg åt rätt håll, "Miki?". Det visar verkligen förbättrade resultat. Vi borde fortsätta och förfina det ytterligare. "

När det gäller förmörkelseförutsägelser, det hjälper när solen är tyst, eller mindre aktiv. I augusti 2017, solen var i en sådan tyst fas, går stadigt mot en period med låg solaktivitet i sin cirka 11-åriga cykel.

Forskarna matade sin modell med magnetfältdata som samlats in från solens jordvända sida under de föregående 27 dagarna-den tid det tar solen att slutföra en hel rotation-eftersom de för närvarande inte har något sätt att observera hela den sfäriska solen ytan på en gång. Med det tillvägagångssättet, mätningar gjorda i början av 27-dagarsperioden-från delar av solens yta som sedan har roterat mot baksidan där de inte längre kan ses-är mer benägna att växa föråldrade än de som togs i slutet. Men i tider med minskad solaktivitet, magnetfältet förändras inte snabbt, så även 27 dagar gamla data är användbara.

En skillnad mellan förutsägelsen och observationerna är en tunnare funktion, kallad pseudostreamer, som strålar ut från solens övre högra sida. Forskarna bestämde att deras modell missade pseudostreameren eftersom magnetfältet förändrades i den specifika regionen under datainsamlingen. En annan modells förutsägelse fångade framgångsrikt denna pseudostreamer, Miki? sa, eftersom det verkar ha uppskattat magnetfältet mer exakt där.

"Det största jag tar ifrån det här är att de har en sofistikerad modell som ser bra ut, men de är begränsade av sina observationer, "sa Alex Young, en solforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som inte var inblandad i studien. "Vad modellen saknar är en fråga om att solen ska förändras, och det är något de inte kan hantera utan tillräckligt med observationer från rätt platser. "

Att testa en sådan modell så grundligt stöder tanken att, med mer data och olika utsiktspunkter, forskare kan bättre beräkna solens finare dynamik - och i slutändan förbättra deras förmåga att förutsäga rymdväderhändelser som kan störa teknik och astronauter i rymden.

Knappt ett år efter att miljoner skymtade själva coronan under den totala förmörkelsen, den 12 augusti 2018, NASA lanserade Parker Solar Probe på väg att faktiskt flyga genom korona, kommer närmare solen än någon rymdfarkost tidigare.

Parker Solar Probe skickar tillbaka observationer från jorden inuti själva corona, vilka forskare kan lägga till i sina modeller, fyller avgörande kunskapsluckor i coronans komplicerade fysik.

Miki? nämnda modeller som deras kan komplettera uppdraget genom att kontextualisera rymdfarkostens resa genom korona. Forskare har aldrig arbetat med data som samlats in så nära solen. Genom att modellera hela coronan - den större bilden - kommer forskare att ge avgörande perspektiv på Parkers omgivning när den ger sig in på helt outforskat territorium.

"Detta är en fantastisk vetenskap för Parker Solar Probe och från förmörkelsen, som delar ett viktigt syfte, "sa Thomas Zurbuchen, associerad administratör vid NASA:s högkvarter i Washington. "Utöver vetenskapen, det här handlar om att verkligen öka vår förståelse och förmåga att förutsäga rymdväder, en stor inverkan vi kan ha på NASA. "