Πριν από 105 χρόνια, αυτός ο αστροφυσικός χρησιμοποίησε μια έκλειψη ηλίου για να αποδείξει τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν

Καθώς η σκιά της Σελήνης διασχίζει τον Ήλιο στις 8 Απριλίου, ο φυσικός Aroh Barjatya θα εκτοξεύσει μια τριάδα πυραύλων ύψους 60 ποδιών στο ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας της Γης.

Το σύντομο, ξαφνικό σκοτάδι μιας ηλιακής έκλειψης στέλνει αλλαγές μέσω του ηλεκτρικά φορτισμένου στρώματος της ατμόσφαιρας της Γης, που ονομάζεται ιονόσφαιρα, και οι τρεις πύραυλοι του Barjatya θα φέρουν όργανα για να μετρήσουν αυτές τις αλλαγές πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την κορύφωση της έκλειψης.

«Γνωρίζουμε πότε και πού θα συμβεί, δημιουργώντας μια ωραία, απλή πειραματική διάταξη για τη μελέτη της βασικής φυσικής», λέει ο Barjatya, διευθυντής του Εργαστηρίου Διαστήματος και Ατμόσφαιρας στο Αεροναυτικό Πανεπιστήμιο Embry-Riddle στο Daytona Beach της Φλόριντα. ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ.

Οι αστρονόμοι και οι φυσικοί έχουν χρησιμοποιήσει τις ηλιακές εκλείψεις ως τρόπο για να διεξάγουν πειράματα για αιώνες, και οι προηγούμενες ηλιακές εκλείψεις βοήθησαν τους επιστήμονες να ανακαλύψουν νέα χημικά στοιχεία, να ψάξουν για κρυμμένους πλανήτες και να δοκιμάσουν τους κανόνες που περιγράφουν πώς λειτουργεί. τα πάντα στο σύμπαν. Φέτος, ομάδες επιστημόνων θα χρησιμοποιήσουν το σκοτάδι της έκλειψης για να ρίξουν φως στο συνεχώς μεταβαλλόμενο εξωτερικό στρώμα του Ήλιου και πώς ο Ήλιος επηρεάζει την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Ακολουθεί μια ματιά στο πώς οι εκλείψεις συνέβαλαν στην πρόοδο της επιστήμης και πώς συνεχίζουν να οδηγούν την καινοτομία.

Η κορώνα του ήλιου είναι ορατή καθώς το φεγγάρι κρύβει τον ήλιο κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Αμερικανικής Ηλιακής Έκλειψης στο Γυμνάσιο του Μαντράς στο Μάντρας του Όρεγκον, τη Δευτέρα 21 Αυγούστου 2017.

San Francisco Chronicle/Εφημερίδες Hearst μέσω Getty Images/Εφημερίδες Hearst/Getty Images

1868: Ανακαλύπτοντας ένα νέο στοιχείο

Είναι δύσκολο να το φανταστεί κανείς χωρίς να γνωρίζει ότι υπάρχει ήλιο. Είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και εδώ στη Γη το χρησιμοποιούμε για τα πάντα, από τον καθαρισμό κινητήρων πυραύλων μέχρι την ψύξη υπεραγώγιμων μαγνητών σε μηχανές απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI) έως το γέμισμα μπαλονιών για πάρτι. Αλλά αυτό το στοιχείο, ελαφρύτερο από τον αέρα, ήταν άγνωστο μέχρι το 1868, όταν οι αστρονόμοι Norman Lockyer και Pierre Janssen έστρεψαν τα τηλεσκόπια τους στον Ήλιο κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης.

Κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης, το πιο εξωτερικό στρώμα του Ήλιου είναι ορατό ως ένας χλωμός, αχνός δακτύλιος φωτός που κρυφοκοιτάζει γύρω από τις άκρες της Σελήνης. Η Σελήνη μπλοκάρει το μεγαλύτερο μέρος του φωτός του Ήλιου, δίνοντας στους αστρονόμους μια σπάνια ευκαιρία να επικεντρωθούν στο εξώτατο στρώμα του, το στέμμα. Στις 18 Αυγούστου 1868, ο Janssen χρησιμοποίησε ένα όργανο που ονομάζεται φασματοσκόπιο για να χωρίσει το αχνό φως από το στέμμα στα μεμονωμένα μήκη κύματός του.

Πολλά μήκη κύματος φωτός έλειπαν σαφώς από το φάσμα του Ήλιου. Λίγα χρόνια νωρίτερα, ο χημικός Josef von Fraunhofer πρότεινε ότι αυτά τα μήκη κύματος φωτός έλειπαν επειδή απορροφούνταν από χημικές ουσίες στα εξωτερικά στρώματα του Ήλιου. Κάθε χημικό στοιχείο εκπέμπει και απορροφά τα δικά του συγκεκριμένα χρώματα φωτός, και μέχρι το 1868 οι χημικοί είχαν εντοπίσει τα στοιχεία που απορρόφησαν τις περισσότερες από τις γραμμές που έλειπαν στο ηλιακό φάσμα, εκτός από αυτό που είδε ο Janssen, με μήκος κύματος περίπου 587,5 νανόμετρα (ένα πολύ μικρό κλάσμα). μια ίντσα).

Δεν ταίριαζε με το φως που απορροφήθηκε από κανένα χημικό στοιχείο που ήταν γνωστό στους επιστήμονες εκείνη την εποχή. Εν τω μεταξύ, παρατηρώντας την έκλειψη από διαφορετική οπτική γωνία, ο Lockyer παρατήρησε την ίδια φωτεινή κίτρινη γραμμή στο φάσμα και κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα. Ήταν ο Lockyer που ονόμασε το στοιχείο, το οποίο φαινόταν να αποτελεί μεγάλο μέρος του εξωτερικού στρώματος του Ήλιου, ήλιο, από τον Έλληνα ηλιακό θεό Ήλιο.

Το 1882, ο φυσικός Luigi Palmieri εντόπισε την ίδια φωτεινή κίτρινη φασματική γραμμή στη λάβα του Βεζούβιου στην Ιταλία και συνειδητοποίησε ότι ήταν επίσης ήλιο (γι’ αυτό η ιστορία της ανακάλυψης του ηλίου περιλαμβάνει και μια ηλιακή έκλειψη σαν φονικό ηφαίστειο, που μπορεί να προκαλέσει είναι το πιο εντυπωσιακό στοιχείο στον περιοδικό πίνακα).

Η παρουσία σκοτεινών γραμμών στο φάσμα του ηλιακού φωτός εντοπίστηκε για πρώτη φορά από έναν επιστήμονα με το όνομα Fraunhofer.

ΔΟΧΕΙΟ

1919: Απόδειξη ότι ο Αϊνστάιν έχει δίκιο

Μερικές δεκαετίες αργότερα, ο αστροφυσικός Άρθουρ Έντινγκτον χρησιμοποίησε μια έκλειψη Ηλίου για να αποδείξει ότι η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν ήταν σωστή, ειδικά για το πώς η βαρύτητα θα μπορούσε να παραμορφώσει τον χωροχρόνο. Ο Αϊνστάιν είχε προβλέψει ότι η μάζα ενός αντικειμένου θα πρέπει να παραμορφώνει τον χωροχρόνο γύρω του. Η βαρύτητα εμφανίζεται επειδή ο χωροχρόνος καμπυλώνεται προς τα ογκώδη αντικείμενα, έτσι τα κοντινά αντικείμενα που κινούνται μέσω του χωροχρόνου κινούνται κατά μήκος αυτών των καμπυλών. Οι προβλέψεις του Αϊνστάιν σήμαιναν ότι το φως ακολουθεί επίσης καμπύλες και παραμορφώσεις στον χωροχρόνο.

Ο Έντινγκτον συνειδητοποίησε ότι αν ο Αϊνστάιν είχε δίκιο, η μάζα του Ήλιου μας θα έπρεπε να καμπυλώνει τον χωροχρόνο γύρω του. Το φως από μακρινά αστέρια, κρυμμένο πίσω από τον Ήλιο (από την άποψή μας) πρέπει να ακολουθήσει αυτό το καμπύλο μονοπάτι και να φτάσει σε ένα σημείο μπροστά από τον Ήλιο, όπου μπορούμε να το δούμε. Στις 29 Μαΐου 1919, ο Έντινγκτον και μια ομάδα άλλων αστρονόμων παρατήρησαν τον Ήλιο κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης ηλίου και είδαν την ανακλώμενη εικόνα αρκετών αστεριών (το φως των οποίων κανονικά πνίγηκε από τη φωτεινότερη φωτεινότητα του Ήλιου).

Σήμερα, ο ίδιος μηχανισμός επιτρέπει στους αστρονόμους να χρησιμοποιούν ολόκληρα σμήνη γαλαξιών ως γιγάντιους κοσμικούς μεγεθυντικούς φακούς, αποκαλύπτοντας μακρινούς γαλαξίες που διαφορετικά δεν θα μπορούσαν να δουν τα καλύτερα τηλεσκόπια μας.

Η εικόνα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA από το σμήνος γαλαξιών CL1358+62 που κυκλοφόρησε στις 30 Ιουλίου αποκάλυψε μια εικόνα με βαρυτικό φακό ενός πιο απομακρυσμένου γαλαξία που βρίσκεται πολύ πιο πέρα ​​από το σμήνος. Η βαρυτικά ληφθείσα εικόνα εμφανίζεται ως κόκκινη ημισέληνος κάτω δεξιά στο κέντρο.

-/AFP/Getty Images

2024: Δημιουργία κυμάτων στην ατμόσφαιρα

Πάνω από έναν αιώνα αφότου μια ηλιακή έκλειψη απέδειξε ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο για τον χωροχρόνο, ο Barjatya και οι συνεργάτες του ελπίζουν να μάθουν περισσότερα για το πώς οι εκλείψεις και άλλα γεγονότα επηρεάζουν την ιονόσφαιρα, ένα ηλεκτρικά φορτισμένο στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ 60 και 300 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια του η γη.

“Αυτό το στρώμα αντανακλά και διαθλά ραδιοφωνικά σήματα και επηρεάζει τις δορυφορικές επικοινωνίες καθώς περνούν τα σήματα”, λέει ο Barjatya. Η κατανόηση και η μοντελοποίησή του θα το βοηθήσουν να λειτουργήσει ομαλά.

Μια ηλιακή έκλειψη είναι μια τέλεια ευκαιρία για να μελετήσουμε πώς η ιονόσφαιρα αντιδρά σε διαταραχές, όπως η ξαφνική εξαφάνιση του συνεχούς βομβαρδισμού της ακτινοβολίας του Ήλιου. Ο Ήλιος ανατέλλει και δύει κάθε μέρα, αλλά αυτές οι αλλαγές είναι πολύ πιο σταδιακές και επηρεάζουν μια λωρίδα πολύ μεγαλύτερη μέρος της ατμόσφαιρας της Γης ταυτόχρονα. Αλλά μια ηλιακή έκλειψη μοιάζει με το ηλιοβασίλεμα και την ανατολή του ηλίου που συμβαίνουν μέσα σε λίγα λεπτά, κατά μήκος μιας πολύ στενής λωρίδας της ατμόσφαιρας, και που δημιουργούν διαταραχές, μερικές φορές σε μεγάλες αποστάσεις.

«Τα κύματα και η δυναμική που δημιουργούνται από τη σκιά της έκλειψης που ταξιδεύει στην ιονόσφαιρα ταξιδεύουν περισσότερα από 1.000 χιλιόμετρα (620 μίλια)», λέει ο Barjatya.

Τα όργανα πάνω στους πυραύλους θα μετρούν τον ηλεκτρισμό, τα μαγνητικά πεδία, την πυκνότητα του αέρα και τη θερμοκρασία στην ιονόσφαιρα. Κατά τη διάρκεια της δακτυλιοειδούς έκλειψης τον Οκτώβριο του 2022, η ομάδα παρατήρησε κάποιες αλλαγές. Καθώς περνούσε η σκιά της έκλειψης, η πυκνότητα των φορτισμένων σωματιδίων στην ιονόσφαιρα μειώθηκε δραματικά. Δεδομένου ότι τα φορτισμένα σωματίδια είναι ο λόγος που η ιονόσφαιρα αντανακλά τα ραδιοκύματα, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη μηχανική πίσω από αυτές τις αλλαγές. Ο Barjatya και οι συνεργάτες του ελπίζουν ότι η έκθεσή τους της 8ης Απριλίου μπορεί να αποκαλύψει εάν οι αλλαγές συμβαίνουν επειδή η Σελήνη εμποδίζει το υπεριώδες φως υψηλής ενέργειας να φτάσει στην ιονόσφαιρα ή επειδή το ξαφνικό σκοτάδι αναγκάζει τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας να κρυώσουν. , δημιουργώντας κύματα στον αέρα που διαταράσσουν την ιονόσφαιρα.

Περισσότεροι από 750 μαθητές θα εκτοξεύσουν μετεωρολογικά μπαλόνια από τοποθεσίες στις ΗΠΑ για να μελετήσουν πώς αντιδρούν οι ατομόσφαιρες στην ξαφνική εξαφάνιση του ηλιακού φωτός κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης.

ΔΟΧΕΙΟ

Μελετώντας την έκλειψη από την αρχή

Κατά μήκος της διαδρομής της ολικής έκλειψης, άλλες ομάδες επιστημόνων θα συλλέξουν τα δικά τους δεδομένα χρησιμοποιώντας μετεωρολογικά μπαλόνια, αεροσκάφη μεγάλου υψόμετρου και δίκτυα δορυφορικών πιάτων.

Το κομψό ερευνητικό αεροσκάφος WB-57 της NASA θα κυνηγήσει τη σκιά της έκλειψης από τα 50.000 πόδια πάνω από το έδαφος. Η καταδίωξη σε μεγάλο υψόμετρο θα κρατήσει τα αεροπλάνα (και τα όργανα που μεταφέρουν) στο σκοτάδι για δύο ακόμη λεπτά. Ο Amir Caspi του Southwest Research Institute και οι συνεργάτες του ελπίζουν ότι οι ορατές και υπέρυθρες εικόνες τους θα αποκαλύψουν νέες λεπτομέρειες σχετικά με τη δομή του ηλιακού στέμματος και ίσως ακόμη και να εντοπίσουν αστεροειδείς που δεν είχαν ανακαλυφθεί στο παρελθόν σε τροχιά κοντά στον Ήλιο. και οι συνάδελφοί του θα χρησιμοποιήσουν επίσης κάμερες και φασματόμετρα για να μελετήσουν τη δομή του κορώνα. Ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για το πώς σχηματίζεται ο ηλιακός άνεμος στα εξωτερικά στρώματα του Ήλιου.

Ομάδες μαθητών σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες θα εκτοξεύσουν επίσης εκατοντάδες μετεωρολογικά μπαλόνια για να μετρήσουν πώς αντιδρά η ατμόσφαιρα στο ξαφνικό κρύο και το σκοτάδι μιας έκλειψης.

Στο έδαφος, τα δορυφορικά πιάτα του Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN) θα μετρήσουν τα ραδιοκύματα που αναπηδούν από την ιονόσφαιρα κατά τη διάρκεια της έκλειψης. Ένα έργο που χρηματοδοτείται από τη NASA με επικεφαλής τον φυσικό Bharat Kunduri της Virginia Tech θα συγκρίνει τις μετρήσεις SuperDARN με προσομοιώσεις υπολογιστή για να μάθει περισσότερα για το πώς αντιδρά η ιονόσφαιρα στις ταχείες αλλαγές που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης.

Και η ανώτερη ατμόσφαιρα δεν είναι το μόνο μέρος που αλλάζει δραματικά κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης. Εάν κλείσετε τα μάτια σας και ακούσετε, μπορεί να ακούσετε τα ζώα γύρω σας να ανταποκρίνονται στο ξαφνικό σκοτάδι. Η συμπεριφορά των ζώων κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης, ειδικά οι ήχοι που κάνουν, θα αποτελέσει το επίκεντρο μιας άλλης μελέτης που θα χρηματοδοτηθεί από τη NASA στις 8 Απριλίου.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *