تضيء هالة الشمس الضعيفة بشكل ساطع خلال كسوف كلي للشمس.
(الصورة: © Miloslav Druckmüller / Peter Aniol / Vojtech Rušin / omubomír Klocok / Karel Martišek / Martin Dietzel)
في أمريكا الجنوبية ، ستتحول ملايين العيون إلى السماء مع تحرك القمر أمام الشمس لتقديم كسوف الشمس اليوم (2 يوليو). في حين ستشهد القارة بأكملها تقريبًا غطاء القمر على الأقل جزءًا من الشمس ، سيواجه مراقبو السماء في أجزاء من تشيلي والأرجنتين بضع لحظات من النهار أثناء الشفق حيث يقوم القمر بتمشيط الشمس تمامًا في كسوف كلي للشمس.
ولكن في حين أن معظم مراقبي السماء سوف ينغمسون في المشهد المذهل ، فإن بعضهم سيوجهون نظرة علمية أكثر انتقادًا إلى الحدث. سيحدث الكسوف فوق مرصد الدول الأمريكية سيرو تولولو للمؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) في شمال تشيلي ، حيث ستدرس خمسة فرق من العلماء الغلاف الجوي للشمس والأرض أثناء الكسوف للحصول على ملاحظات من الصعب رؤيتها متاحة فقط في لحظات عابرة النهار.
وقال ديفيد بوبولتز مدير برنامج NSF في بيان "في 2 يوليو سيمكن تمويل NSF العلماء من اغتنام الفرصة الثمينة لكسوف كلي للشمس لدراسة هالة الشمس". ستظل الشمس مخفية لمدة دقيقتين و 6 ثوان عند التلسكوب.
بينما يتحرك القمر بشكل متكرر أمام جزء من الشمس أثناء كسوف الشمس الجزئي ، والذي يحدث عدة مرات في السنة في المتوسط ، يتم حجب الشمس تمامًا خلال كسوف الشمس الكلي. الفرق بين الكسوف الكلي للشمس والكسوف الجزئي ، حتى عندما يكون 99٪ من الشمس محجوبًا ، كبيرًا ، ويمكن أن يسمح بنطاق أوسع من التجارب العلمية. عندما يكون جسم الشمس مسدودًا تمامًا ، تصبح الهالة الداخلية المراوغة مرئية.
تتكون الهالة من غازات شديدة الحرارة ، وهي أكثر حرارة بشكل غامض من سطح الشمس. على الرغم من ارتفاع درجة حرارتها ، إلا أنها باهتة بملايين المرات من جسم الشمس المرئي ، بسبب طبيعتها الهشة. يمكن أن تكشف دراسة الهالة عن رؤى حول طقس الفضاء الناتج عن الشمس ، والتي يمكن أن يكون لها تأثيرات كبيرة على الأرض.
بالإضافة إلى أداء العلوم القيمة ، حدد كل فريق خطة للتوعية بالكسوف لإشراك الطلاب الشيليين والأجانب المحليين وعلماء الفلك الهواة والجمهور العام.
تجربة امتدت لعقود
في التسعينات ، بدأ الفلكي الأمريكي جاي باساتشوف برنامجًا للرصد استمر منذ ذلك الحين في مراقبة الشمس المتغيرة. من خلال قياس اللون والشكل ودرجة الحرارة الحالية للكورونا ، يأمل العلماء في تحسين فهمهم للانفجارات والنافورات التي تأتي من الشمس.
باساتشوف ، أستاذ علم الفلك في كلية ويليامز في ماساتشوستس ، هو واحد من ثلاثة رجال يحملون الرقم القياسي لرصد أكبر كسوف كلي للشمس. لقد سافر حول العالم لمراقبة 70 كسوفًا شمسيًا ، 34 منها كسوف كلي للشمس.
وقال باساتشوف في البيان "كل لمحة نحصل عليها من الشمس خلال كسوف كلي للشمس - بضع دقائق فقط كل 18 شهرا أو نحو ذلك - تعطينا مجموعة مختلفة من الميزات التي يجب النظر إليها."
يمكن أن تساعد ملاحظات ميزات الشمس في تحسين فهمنا للانبعاثات الكتلية الإكليلية (CMEs) ، وثورات المواد المشحونة المنتفخة من السطح الشمسي. وبينما تنتقل هذه الكتل إلى الخارج في الفضاء ، يمكن أن تصطدم بكواكب مثل الأرض وتتفاعل مع المجالات المغناطيسية. في عام 1859 ، تسببت عاصفة شمسية معروفة باسم حدث كارينغتون في حدوث صدمات كهربائية وشورتات على طول أسلاك التلغراف ، حتى السماح للتلغراف المنفصل عن مصدر الطاقة للعمل. حدث مشابه اليوم ، في عالم إلكتروني أكثر ، يمكن أن يكون له تداعيات كبيرة.
سيدرس فريق باساشوف أيضًا الهياكل التاجية الكبيرة المعروفة باسم الملون ، وهي المناطق المدببة التي تظهر في معظم صور الهالة. نظرًا لأن كسوف الشمس الكلي لعام 2019 يحدث أثناء جزء هادئ نسبيًا من دورة الشمس التي تستغرق 11 عامًا ، فإنه سيوفر رؤية نادرة لأعمدة القطبية الشمسية ، خصلات الحقول المغناطيسية المفتوحة المنتجة في القطبين الشمالي والجنوبي الشمسي.
وقال باشوف: "أتطلع أيضًا إلى مقارنة ملاحظاتنا عن الهالة التي تم التقاطها خلال كسوف الشمس ... بالتنبؤات التي وضعها الزملاء قبل الخسوف بناءً على المجال المغناطيسي للشمس والبقع الشمسية خلال الشهر السابق". سيتم دمج التنبؤات والملاحظات في صور الكمبيوتر بمجرد انتهاء الكسوف.
تتغير درجة حرارة الشمس أيضًا خلال دورة 11 عامًا. من خلال قياس الحديد شديد السخونة في الهالة ، سيتمكن الفريق من قياس درجة الحرارة الإجمالية للهالة لدراسة كيفية اختلافها بمرور الوقت.
"الشمسية الشمسية Sherpas"
سيقوم فريق ثان من الباحثين المعروفين باسم "Solar Wind Sherpas" بدراسة هالة الشمس من ثلاثة مواقع مختلفة عبر أمريكا الجنوبية. بقيادة الفلكي شادية حبال من جامعة هاواي ، ستدرس هذه المجموعة الشمس من سيرو تولولو وموقعين آخرين في الأرجنتين. بالإضافة إلى زيادة فرص القدرة على مراقبة الشمس في الطقس الصافي ، فإن وجود مواقع متعددة سيسمح أيضًا للباحثين بقياس التغيرات في البنية التاجية التي تحدث على مقاييس زمنية صغيرة جدًا.
الخطة ليست جديدة. استخدم فريق Habbai استراتيجية مماثلة خلال كسوف الشمس الكلي في 21 أغسطس 2017 فوق الولايات المتحدة. هدفهم هو زيادة مجموعة الأدوات المستخدمة في الملاحظات ، ودراسة أطوال موجية مختلفة لم يتم دراستها بعد.
يخطط الفلكيون لاستخدام التصوير متعدد الأطوال الموجية والقياسات الطيفية ، التي تقسم الضوء إلى أطوال موجية مكونة ، للكشف عن التركيب الكيميائي ، ودرجة الحرارة ، والكثافة ، والحركة غير المرتبطة بالحرارة ، وتدفقات الأجزاء المختلفة من الهالة. سيتم دراسة كل سمة بالقرب من السطح الشمسي ، حيث يحدث أكبر تغيير في المجال المغناطيسي الشمسي وحيث تولد الرياح الشمسية والانبعاثات الكتلية الإكليلية وتتدفق من الشمس.
وقال حبال إن الكسوف فريد "لأنه يحدث في وقت متأخر بعد الظهر وستكون الشمس على ارتفاع منخفض للغاية. كما أن الشمس قريبة من الحد الأدنى من الطاقة الشمسية ، وبالتالي فإن توزيع الهياكل في الهالة الشمسية سيكون مختلفًا عما كان عليه قبل عامين ".
"إنجاز عظيم لعلم المواطن"
سيقوم علماء الفلك من المرصد الفلكي الوطني في اليابان أيضًا بإنشاء محطات متعددة لدراسة الكسوف. سيقوم فريق Yoichiro Hanaoka بإجراء عمليات رصد للهالة القريبة من السطح ، وهي منطقة غير مرئية للمراصد الفضائية مثل مرصد ناسا الشمسي ومرصد الغلاف الجوي (SOHO) ومرصد العلاقات الأرضية الشمسية (STEREO). من خلال الجمع بين الصور الأرضية والصور التي تم الحصول عليها من الفضاء ، سيتمكن Hanaoka وزملاؤه من إنشاء صورة كاملة للهالة.
لن يتكون فريق Hanaoka بالكامل من محترفين.
وقال "سوف نتعاون مع المراقبين الهواة ، المنتشر على نطاق واسع على طول مسار الكسوف الكلي في تشيلي والأرجنتين ، لتنظيم مشاهدات متعددة المواقع". سيوفر الجمع بين كل هذه الملاحظات لمحة عن كيفية تغير الهالة بمرور الوقت. قال هانوكا: "سيكون إنجازاً عظيماً لعلم المواطن".
مشروع استقطابي
يلعب المجال والهياكل المغناطيسية للكورونا دورًا أساسيًا في طقس الفضاء. يمكن أن يساعد قياس اتجاه المجال المغناطيسي الشمسي في التنبؤات حول ما يدفع الأحداث المناخية الفضائية مثل CMEs. لكن القياسات الموثوقة للمجال المغناطيسي لا تزال تمثل تحديًا.
لقياس المجال المغناطيسي للشمس ، يجب على العلماء قياس استقطاب الضوء القادم من الشمس. مثل النظارات الشمسية المستقطبة ، تقوم المستقطبات على التلسكوبات الشمسية بتصفية الضوء الذي لا يتوافق مع اتجاهها.
يقول بول بريانز ، الباحث في مؤسسة الجامعة لأبحاث الغلاف الجوي والذي سيقود المشروع لدراسة المجال المغناطيسي للشمس: "من خلال تدوير هذه المستقطبات ، يمكننا تجميع شكل المجال المغناطيسي على الشمس". وقال: "سيساعدنا هذا على فهم أنواع تكوينات المجال المغناطيسي التي يمكن أن تؤدي إلى أحداث ثوران".
العودة إلى الأرض
في حين أن فرق NSF الأربعة الأولى ستوجه أعينها إلى الشمس ، فإن الخامسة ستبقي الرؤية ثابتة على الأرض. بقيادة فريق Miquel Serra-Ricart ، الباحث في معهد Astrofísica de Canarias (IAC) في إسبانيا ، سيقوم الفريق بالتحقيق في التغيرات في درجة حرارة الغلاف الجوي للأرض ، وخاصة الغلاف الجوي المتأين - الطبقة العليا التي تقع على بعد حوالي 50 إلى 600 ميل ( 80 إلى 1000 كيلومتر) فوق سطح الأرض - بينما يسير ظل القمر فوق المرصد.
وقال سيرا ريكارت "كسوف كلي للشمس ينتج مساحة دائرية واسعة من الظلام ويقلل بشكل كبير من أشعة الشمس التي تنتقل عبر الغلاف الجوي للأرض في مسار ضيق نسبيا خلال النهار." "إن تأثيره على شدة الإشعاع الشمسي مشابه بشكل ملحوظ لما يحدث عند شروق الشمس وغروبها ويخلق تغييرات في الغلاف الجوي للأرض نريد قياسه."
سيتتبع الفريق مقدار وسرعة انخفاض درجة الحرارة في الظل عندما تكون الشمس مغطاة تمامًا بالشمس. وسوف يتتبعون أيضًا التغييرات في الأيونوسفير لفهم كيفية تأثيرها على استقبال الراديو لمسافات طويلة ليلاً بشكل أفضل.
على الرغم من أن ظل القمر سينتج جوًا أيونوسفير قصيرًا يشبه الليل ، إلا أنه سيختلف عن جو المساء العادي.
وقالت سيرا ريكارت: "ظل القمر صغير نسبيًا على الأرض وينتقل بسرعات تفوق سرعة الصوت. ومن المرجح أن ينتج بعض التأثيرات المثيرة للاهتمام التي يمكن اكتشافها على أجهزة الراديو العادية أو أجهزة الاستقبال الصغيرة".
لن تكون هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها دراسة الأيونوسفير خلال الكسوف. خلال كسوف عام 1999 فوق المملكة المتحدة ، شجع العلماء الناس على استخدام الراديو لتتبع التغيرات في الغلاف الجوي العلوي. قام مواطنون مدنيون بضبط محطة راديو في إسبانيا يمكن اكتشافها في المملكة المتحدة لتحديد المسافة التي قطعتها الموجات الراديوية خلال الكسوف.
"على الرغم من دراسة التأثيرات الأيونوسفيرية للكسوف الشمسي على مدى أكثر من 50 عامًا ، تبقى العديد من الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها. نحن نعرف تقريبًا كيف يحدث هذا ، ولكن ليس على وجه التحديد. سيوفر الكسوف للباحثين فرصة لدراسة عملية الشحن وعدم الشحن في الوقت الفعلي تقريبًا. "
ملحوظة المحرر: إذا التقطت صورة مذهلة لل 2 يوليو 2019 ، كسوف كلي للشمس وترغب في مشاركتها مع قراء Space.com وإرسال صورك وتعليقاتك واسمك وموقعك إلى [email protected].
- مطاردة كسوف الشمس: سؤال وجواب مع جاي باساتشوف
- إليك ما تعلمه العلماء من إجمالي كسوف الشمس
- الكسوف الكلي للشمس: كم مرة تحدث (ولماذا)؟
