Die Sonnenfinsternis 2017 könnte beweisen, dass die Sonne größer ist als wir denken

Eine wachsende Zahl von Forschern denkt, dass die Sonne tatsächlich größer ist als allgemein angenommen.

Wissenschaftler kennen die Größe der Sonne nicht so genau wie die Details der Erde und des Mondes und sind damit ein Problempunkt für perplexe Eclipse-Modellierer.

Xavier Jubier erstellt detaillierte Modelle von Sonnen- und Mondfinsternissen, die mit Google Maps arbeiten, um genau zu zeigen, wo der Schatten des Mondes auf die Erde fällt und wie die Sonnenfinsternis an jedem Punkt aussieht. Er stellte fest, dass etwas an den Messungen der Sonne scheiterte, als er seine Sonnenfinsternis-Simulationen mit tatsächlichen Fotos abstimmte. Die Fotos halfen ihm, genau zu erkennen, wo sich ein Beobachter für historische Eklipsen befand - aber diese präzisen Finsternisformen machten nur dann Sinn, wenn er den Sonnenradius um einige hundert Kilometer vergrößerte. [Totale Sonnenfinsternis 2017: Wann, wo und wie (sicher)]

"Für mich war irgendwo etwas nicht in Ordnung, aber das ist alles, was ich sagen könnte", sagte Jubier gegenüber ProfoundSpace.org.

Das Wissen der Wissenschaftler über die Konturen der Erde und des Mondes war nicht genau genug, um diese Diskrepanz bis vor etwa 10 Jahren aufzuzeigen - zu der gleichen Zeit, als moderne Eclipse-Simulationen durch Computer-Power und Präzisions-Mapping möglich wurden. Um diese Zeit wurde Jubier klar, dass etwas nicht stimmte.

Der NASA-Forscher Ernie Wright kam zu einem ähnlichen Schluss, als er begann, vor etwa zwei Jahren immer präzisere Modelle von Sonnenfinsternissen zu erstellen. Auch er musste die Sonne etwas von der traditionellen Größe heraufskalieren, damit seine Berechnungen der Realität entsprechen.

"Wie kannst du das nicht wissen?" Wright erinnert sich an Nachdenken. "Sie halten nur ein Lineal in den Himmel, und Sie sagen, es ist so groß."

Aber wie sich herausstellt, ist es nicht so einfach, sagte Wright zu ProfoundSpace.org.

Wo ist es hergekommen?

Historisch gesehen haben Forscher den Wert 696.000 km als den Radius der Photosphäre der Sonne benutzt - den Sonnenkörper, dessen Wellenlängen mit bloßem Auge auf der Erde sichtbar sind. Der Wert wurde erstmals 1891 von dem deutschen Astronomen Arthur Auwers veröffentlicht, so Wright, und es wurde für eine gewisse Zeit als Standardwert genommen. Im Jahr 2015 definierte die Internationale Astronomische Union eine "Einheit" basierend auf dem Sonnenradius als ähnliche 695.700 km, basierend auf einer Studie aus dem Jahr 2008, so dass Forscher diesen Wert verwenden können, um die Größen anderer Sterne im Universum zu vergleichen.

Aber die Bemühungen, den Radius der Sonne zu messen, waren nie genau genug, um zu unserem Wissen über die Konturen des Mondes und der Erde zu passen, sagten die Forscher. Wissenschaftler haben versucht, es durch Transite von Merkur und Venus zu messen - wenn diese Planeten das Gesicht der Sonne kreuzen - und durch Bilder von sonnenbeobachtenden Satelliten wie dem Solar Dynamics Observatory. Jedes Pixel auf SDOs Bildern mit höherer Auflösung umfasst etwa 270 Meilen (435 km), sagte Wright, was bedeutet, dass es eine Grenze dafür gibt, wie genau die Größe der Photosphäre mit dieser Methode gemessen werden kann. Darüber hinaus sammeln sich in der Umlaufbahn befindliche Sonnenteleskope wie SDO im Allgemeinen Wellenlängen von Licht, das eher innerhalb oder außerhalb der Sonne emittiert wird als in seiner sichtbaren Photosphäre.

"Es ist schwieriger als Sie denken, nur ein Lineal auf diese Bilder zu setzen und herauszufinden, wie groß die Sonne ist - [SDO] hat nicht genug Präzision, um dies festzunageln", sagte Wright. "Ähnlich verhält es sich bei den Merkur- und Venus-Transiten, [eine Messung, die auf diesen beruht] ist nicht ganz so präzise, ​​wie Sie es gerne hätten."

Verschiedene Dokumente, die versuchen, den Sonnenradius mit Planetentransiten, weltraumgestützten Sensoren und Bodenbeobachtungen festzumachen, haben Ergebnisse ergeben, die sich um nicht weniger als 1500 km unterscheiden und mit denen man nicht eins zu werden scheint ein anderer, sagte Wright. Und für Eclipse-Modellierer ist es ein kritisches und irritierendes Problem.

Eclipse-Betrachter könnten auch die Unsicherheit des Interesses finden, wenn sie herausfinden, wo sie sich auf dem Pfad der Totalität befinden. Eine etwas größere Sonne bedeutet, dass die Zeit des totalen Stromausfalls in der Mitte des Pfades einige Sekunden kürzer sein kann und der Pfad selbst sich ebenfalls verziehen würde.

"Für die meisten Menschen, ja, es ist nicht wirklich wichtig; es wird nicht alles ändern", sagte Jubier. "Aber je näher du dem Rand des [Sonnenfinsternis] Pfads kommst, desto mehr Risiko nimmst du." Wenn die Sonne tatsächlich größer ist, ist der Pfad schmaler, als Projektionen mit dem üblichen Wert vermuten lassen. Diejenigen, die die Auswirkungen auf die Kante der Sonnenfinsternis verfolgen, könnten in Schwierigkeiten geraten, wenn sie keinen ausreichend großen Wert für ihre Berechnungen verwenden.

Nur wenige Menschen bezweifeln Vorhersagen, fügte Jubier hinzu, und der genaue Wert ist für viele Forscher nicht notwendig. Aus diesem Grund können Definitionen variieren und es ist schwierig, verschiedene Werte miteinander zu vergleichen, einschließlich des ursprünglichen Wertes von 1891. Es kann schwierig sein, für eine gegebene Studie zu sagen, welche Annahmen in ihre Antwort auf den Durchmesser der Sonne eingeflossen sind, und so können sie nicht leicht angepasst werden, um einander oder die Sonnenfinsternis zu entsprechen. Jegliche Diskrepanzen in den Messungen der Eklipse können darauf zurückzuführen sein, dass die Werte nicht vollständig verstanden werden, fügte Jubier hinzu.

"Es ist definitiv immer noch ein Bereich der laufenden Forschung, und etwas, das der Bereich selbst interessiert, um einen besseren Griff zu bekommen", sagte C. Alex Young, ein Sonnenastrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland gegenüber ProfoundSpace.org. "Wahrscheinlich ein wenig esoterisch für viele Menschen, und ich würde sagen, dass die Berechnung für viele Bereiche, zum Beispiel in der Sonnenphysik, in Bezug auf die Genauigkeit nicht so wichtig ist. Aber vor allem die Eclipse-Community ist sehr an der Genauigkeit interessiert . "

Finde es heraus

Michael Kentrianakis, ein begeisterter Sonnenfinsternisjäger und Mitglied der Solar Eclipse Task Force der American Astronomical Society, erfuhr von seinem Kollegen Luca Quaglia, einem Physiker und Sonnenfinsternisforscher, von der Verwirrung über die Sonnengröße.

"Der Strohhalm, der das Fass zum Überlaufen brachte", sagte Kentrianakis, kam im Februar während einer Expedition nach Argentinien, wo er sich außerhalb der Kante einer ringförmigen Sonnenfinsternis befand - wo der Mond von einem hellen "Feuerring umkreist wird . " Eine größere Sonne würde den "Ring of Fire" -Effekt auf eine größere Fläche sichtbar machen.

"Eigentlich hätte ich außerhalb der Ringförmigkeit sein sollen [aber die ungefilterten Fotos zeigen], dass wir immer noch auf dem Weg der Ringförmigkeit waren, und wir haben diese wunderschöne Chromosphäre am Rand umkreist", sagte Kentrianakis. Diese Erfahrung überzeugte ihn vollkommen davon, dass die Sonne größer war als allgemein angenommen.

Diese bevorstehende Sonnenfinsternis - die höchstwahrscheinlich die meistbeobachtete totale Sonnenfinsternis in der Geschichte sein wird, haben die NASA-Offiziellen gesagt - wird anderen innerhalb und außerhalb des Pfades der Totalität eine Chance geben, ihre Größe zu bestätigen.

Während Forscher normalerweise den Radius der Sonne benutzen würden, um genau zu berechnen, wann der Mond die Sonne für einen gegebenen Standort deckt und aufdeckt, Kontaktzeiten genannt, ist die entgegengesetzte Strategie hier erforderlich, sagte Quaglia ProfoundSpace.org. "Wenn wir die Kontaktzeiten genau messen können und alles andere gleich ist, kann sich nur der Sonnenradius ändern. Wir können den Sonnenradius auf diese Weise berechnen", sagte er.

Kentrianakis, Jubier, Quaglia und andere wollen es festhalten, indem sie die Forscher innerhalb und außerhalb der Totalität positionieren, bewaffnet mit der Ausrüstung für ein so genanntes "Blitzspektrum" -Foto. Der Prozess verwendet ein strukturiertes Gitter über einer Kamera, das einfallendes Licht in Komponentenwellenlängen aufspaltet. So lässt sich leicht feststellen, wann die gesamte Photosphäre vom Mond bedeckt ist und so eine begrenzte Anzahl von Wellenlängen der Chromosphäre freigibt. Kombiniert mit genauen Zeitstempeln würde dieser Prozess starke Beweise für die Größe der Sonne liefern. (Ein solcher Prozess wurde schon früher benutzt, aber in einem begrenzten Umfang, sagte Quaglia.)

Solche Messungen würden auch einen weiteren Vorteil bieten, sagte Jubier und untersuchte, was einige für eine dünne Schicht zwischen der Photosphäre und Chromosphäre halten, die Mesosphäre genannt wird. Diese dünne Schicht kann für einen Moment sichtbar sein, nachdem die Photosphäre während einer Sonnenfinsternis ausgelöscht wurde, was bedeutet, dass Beobachter Messungen machen können, die die Mesosphäre für mehr von der Photosphäre verwirren. Ein Flash-Spektrum kann helfen, zwischen den beiden zu unterscheiden, obwohl es eine ausreichend hohe Auflösung sein muss, damit die Signale von jedem klar getrennt werden können.

Eine Gruppe, an der Quaglia, Kentrianakis und Jubier beteiligt waren, konnte keine Finanzierung für ein so breit gefächertes Flash-Spektrum-Experiment erhalten, wie sie es sich gewünscht hätten - etwa 30 separate Messstationen, die nur innerhalb und außerhalb des vorhergesagten Sonnenfinsternisweges angeordnet waren. Forscher könnten jedoch während der Sonnenfinsternis Daten und Messungen aus dem Crowdsourcing verwenden, um mehr zu erfahren.

"Je mehr Beobachtungen wir haben, desto besser, auch wenn sie nicht die Qualität liefern, die wir von der kinematografischen Spektroskopie erwarten würden", sagte Jubier. "Die Zeit wird zeigen, was wir daraus machen können."

Jubier sagte, dass Blitzspektralmessungen am nützlichsten wären, aber auch (ungefragt) ungefilterte Ansichten der Sonnenfinsternis. Die meisten Filter schneiden Details der Bilder aus, wodurch es viel schwieriger ist, genau zu bestimmen, wann die Sonne den Mond vollständig bedeckt.

Andere Gruppen werden auch die Sonnenfinsternis verwenden, um den Durchmesser der Sonne zu messen, sagte Quaglia, einschließlich der International Occulting Timing Association, die Smartphone-Videos analysieren wird, die in Intervallen senkrecht zum Eklipsenpfad in Nebraska aufgenommen wurden.

"Je mehr Leute, desto mehr Techniken, desto mehr Teams werden uns als Ganzes dorthin bringen", sagte Quaglia. "Wenn die Internationale Astronomische Union die Entscheidung trifft, den Wert zu ändern, werden sie den Wert wahrscheinlich nicht leicht ändern."

Das Verständnis der genauen Größe der sichtbaren Sonne wird nur möglich sein, wenn man sorgfältige Sonnenmessungen mit den Simulationen kombiniert und ein genaues Verständnis der Mond- und Erdhöhen, die es jetzt gibt, gibt, sagte Jubier. Aber die Stücke sind vorhanden, um diese Bestimmung zu treffen, wenn genug Leute an Bord kommen, um das am häufigsten vorkommende Bild am Himmel während dieser ungewöhnlichen Momente der Sonnenfinsternis zu messen.

"Es ist groß und es wird viele Finsternisse erfordern - es kann bis 2024 dauern - aber zumindest fangen wir jetzt damit an", sagte Kentrianakis.