Cassini schnappt sich die besten Bilder des Saturns "Flying Saucer" Moon Atlas

Dieser Artikel wurde ursprünglich in The Conversation veröffentlicht. Die Veröffentlichung trug den Artikel zu den Expert Voices von Live Science bei: Op-Ed & Insights.

In jeder Hinsicht ist eine totale Sonnenfinsternis ein lebensveränderndes Ereignis. Ich würde es nicht wissen, ich habe noch nie einen gesehen. Zum Glück für mich und Millionen in den USA wird sich das in diesem Sommer ändern.

Ich bin nicht wirklich ein Sonnenfinsternis-Experte, obwohl ich nicht auf den 21. August warten kann. Ich bin eigentlich ein Meteorologe und ein ziemlich spezialisierter. Vor sechs Monaten kannte ich den Unterschied zwischen Umbra und Penumbra nicht. Was ich wusste, ist, dass die Sonne Energie für alles liefert, was auf unserem Planeten passiert, und dass der tägliche Zyklus des Sonnenaufgangs und -unterganges eine Schlüsselkomponente dessen ist, was in der Atmosphäre passiert und wie Luft lokal und global zirkuliert.

Warum also interessiert sich jemand, der sich Sorgen um Subsekunden- und Submeter-Wind macht, an diesem astronomischen Ereignis? Denn jede Veränderung der einfallenden Sonne - wie der komplette Blackout während einer totalen Sonnenfinsternis - wird die Energie beeinflussen, die das Land empfängt, und die Energie wiederum in die Atmosphäre zurück übertragen. Und weil die gesamte Sonnenfinsternis kurz ist, werden diese Änderungen klein sein. Es ist ein spannendes Ereignis und eine interessante Herausforderung: der Traum eines Wissenschaftlers.

In Verbindung mit Fortschritten in den Beobachtungstechniken bietet jede Sonnenfinsternis eine neue Chance, meteorologische Theorien zu beweisen. Dies umso mehr, als die Koordination über die gesamte Länge der kontinentalen Vereinigten Staaten fast garantiert, dass jemand ideale Beobachtungsbedingungen hat. Wir bereiten unsere Wetterballons und Wetterstationen vor, um diese Gelegenheit zu nutzen - um genau zu sehen, was ein kurzer Blackout für atmosphärische Bewegungen bedeutet.

Die Meteorologie geht zurück in die Sonne

Von der Bildung und dem Transport von Schadstoffen über den Austausch von Kohlenstoff durch Photosynthese bis hin zur Richtung, in die der Wind weht, unterscheiden sich Tagesprozesse von nächtlichen Prozessen. Ohne Energiezufuhr von der Sonne dreht sich die untere Atmosphäre nachts langsam um.

Während des Tages ist es warm am Boden und kühler oben; Nachts ist es genau das Gegenteil. Diese "stabile" (wärmer als kühler) Luft verhindert die vertikale Bewegung der Luft und allem, was darin schwebt. So können Schadstoffe näher am Boden bleiben, Wolken bilden sich anders, Die Luft fließt schneller in Täler und an den Küsten weht der Wind statt vor der Küste.

Während diese Allgemeinheiten bekannt sind, sind die Nuancen und Timings nicht vollständig verstanden und daher nicht vollständig vorhersagbar. Das ist mein Bereich der Wissenschaft - Turbulenzen. Ich interessiere mich für die atmosphärischen Veränderungen in kurzen Zeiten und kleinen Räumen, die schließlich das größere "Wetter" beeinflussen können, das die meisten Menschen kennen.

Die totale Sonnenfinsternis ist eine Mini-Nacht-Erfahrung, also werden wir sie als natürliches Experiment benutzen. Ist eine kurze Periode ohne Sonneneinstrahlung genug, um erkennbare Veränderungen in der Turbulenz und Stabilität zu verursachen, oder sind es die langsameren Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre über eine ganze Nacht, die benötigt werden? Wir nehmen, was wir finden, und verwenden es, um über normale Nicht-Eklipse-Bedingungen nachzudenken.

Kopf in den Himmel

Indem wir eine Reihe von Wetterballons vor, während und nach der Finsternis starten, werden wir die Entwicklung von Winden und Temperaturen über der Erdoberfläche im Laufe der Zeit sehen. Die an den Ballons befestigten Instrumentenpakete nehmen Messungen von etwa 100 Metern über der Oberfläche bis in die untere Atmosphäre, Troposphäre und untere Stratosphäre vor und erreichen schließlich fast 20 Kilometer. Wissenschaftler koordinieren den gesamten Weg der Sonnenfinsternis und führen dieses Experiment an mehreren Orten im ganzen Land durch.

An unserem Standort in South Carolina konzentrieren wir uns auf die Frage, ob eine totale Sonnenfinsternis interne atmosphärische Gravitationswellen erzeugen kann: Luftparzellen, die sich als Brocken bewegen und versuchen, ein Gleichgewicht in Temperatur und Dichte wieder herzustellen. (Diese unterscheiden sich von den Gravitationswellen, die entstehen, wenn schwarze Löcher kollidieren.) Manchmal sind Gravitationswellen in Wolken sichtbar. Während früherer Eklipsen gab es vielversprechende Beweise für die Schwerewellenaktivität, aber nicht genug Daten von genügend Orten, um sie vollständig zu verstehen.

Die vertikalen Profile von Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Windrichtung, die wir sammeln, werden auch für eine Reihe anderer wissenschaftlicher Fragen verwendet. Zuerst werden wir zu der spärlichen Datenbank von durch die Eklipse induzierten Temperaturänderungen beitragen und quantitative Messungen darüber liefern, wie stark die Temperaturänderung ist und wie lange die Verzögerung zwischen der gesamten Schwärze bei dem Sonnenminimum und dem Temperaturminimum ist.

Wir werden auch sehen können, ob die Abkühlung, wenn die Sonne verschwindet und die plötzliche Wiedererwärmung, wenn sie zurückkehrt, sich vertikal ausbreitet und wenn ja, wie weit über der Erdoberfläche sie verläuft. In Bezug auf den Wind stehen Fragen zur Veränderung von Windgeschwindigkeit und Turbulenzintensität im Mittelpunkt. Wir glauben, dass wir eine Reduzierung von beiden sehen werden, was eine weitere Erklärung für den unheimlichen "Sonnenfinsterniswind" liefert, der von menschlichen Beobachtern so oft zitiert wird.

Diese umfassendere Untersuchung der Troposphäre und Stratosphäre in Zeit und Raum wird dazu beitragen, unsere Modellierung und Vorhersage des regionalen Wetters und Klimas zu unterstützen.

Füße auf dem Boden

Was aber, wenn die Änderungen kleiner sind? Ein mit Helium gefüllter Ballon verlässt den Boden schnell - im Idealfall mit fünf Metern pro Sekunde - und die erste zuverlässige Messung ist fast 100 Meter über dem Boden. In 100 Metern kann viel passieren.

Um diese Lücke zu schließen, fügen wir an unserem Standort in South Carolina weitere Messungen hinzu. Wir haben jeden halben Meter einen kleinen Turm mit feinen Thermoelementen errichtet.Diese dünnen Drähte können Temperaturänderungen über einen Zeitraum von 0,1 Sekunden erkennen und helfen uns zu sehen, ob die Dunkelheit dazu führt, dass unter der typischen Tagwärme eine sehr flache Schicht kühlerer Luft zu wachsen beginnt.

Der Turm wird auch zwei Schallanemometer beherbergen - Sensoren, die Störungen in einem Schallimpuls verwenden, um die Windgeschwindigkeit in drei Dimensionen mit sehr hohen Raten zu messen - um zu sehen, ob sich eine Windscherung in Bodennähe entwickelt.

Ein Infrarot-Gasanalysator wird Kohlenstoffflüsse während der gesamten Finsternisperiode aufzeichnen, um festzustellen, ob es eine nachweisbare Änderung der Pflanzenatmung gibt. Denken Sie daran, sie atmen Kohlendioxid ein. Manche Tiere interpretieren eine Sonnenfinsternis als Nacht - tun die Pflanzen?

Schließlich werden wir auch ein Lidar-System bereitstellen. Das ist wie ein Radar, aber mit einem Laser, der nach oben zeigt. Dies dient dazu, zu sehen, ob es irgendwelche Änderungen in der Tiefe der Grenzschicht gibt - ein Übergangspunkt zwischen dem, wo die Atmosphäre von der Erdoberfläche zur freien Troposphäre beeinflusst wird.

Und das alles in nur zwei Minuten und 36 Sekunden. Ein kleines Fenster für eine große Wirkung.

Sammeln der Daten, um die Theorie zu konkretisieren

Eine totale Sonnenfinsternis wird oft als meteorologischer Spielplatz bezeichnet, und genau so fühlt es sich an. Wir nehmen all unser wissenschaftliches Spielzeug heraus, um zu sehen, was wir finden können. Eclipse-Ereignisse sind relativ selten; Meteorologen wie ich nehmen, was wir über die Wechselwirkungen zwischen Land und Luft wissen, logisch darüber nach, was während einer Sonnenfinsternis passieren wird. Aber bis wir es sehen, eine Gleichung darauf setzen und die nächste voraussagen, fällt es immer noch in das Reich der Theorie, nicht zuverlässig vorhersagbares Wetter.

Ich fühle mich wieder wie ein Kind - die Sonnenfinsternis hat mich gezwungen, über Meteorologie auf eine neue und andere Weise nachzudenken - genauso wie ich die Welt betrachte, während ich kopfüber von Klettergerüsten hänge.

April Hiscox, Associate Professor für Geographie, Universität von South Carolina

Dieser Artikel wurde ursprünglich in The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel. Befolgen Sie alle Fragen und Debatten von Expert Voices - und werden Sie Teil der Diskussion - auf Facebook, Twitter und Google +. Die geäußerten Ansichten sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des Herausgebers wider. Diese Version des Artikels wurde ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.