Corona của vầng trăng khuyết tỏa sáng rực rỡ trong một lần nhật thực toàn phần.
(Ảnh: © Mil Tư Druckmüller / Peter Aniol / Vojtech Rušin / Ľubomír Klocok / Karel Martišek / Martin Dietzel)
Ở Nam Mỹ, hàng triệu con mắt sẽ hướng về bầu trời khi mặt trăng di chuyển trước mặt trời để chiếu nhật thực vào ngày hôm nay (2/7). Trong khi gần như toàn bộ lục địa sẽ nhìn thấy mặt trăng che phủ ít nhất một phần của mặt trời, những người quan sát bầu trời ở các vùng của Chile và Argentina sẽ trải qua một vài khoảnh khắc hoàng hôn vào ban ngày khi mặt trăng che khuất hoàn toàn mặt trời trong nhật thực toàn phần.
Nhưng trong khi hầu hết những người chơi bầu trời sẽ đắm mình trong cảnh tượng đầy cảm hứng, một số người sẽ hướng con mắt khoa học, quan trọng hơn vào sự kiện này. Nhật thực sẽ diễn ra trên Đài quan sát liên Mỹ Cerro Tololo của Tổ chức Khoa học Quốc gia (NSF) ở miền bắc Chile, nơi năm nhóm các nhà khoa học sẽ nghiên cứu bầu khí quyển của mặt trời và Trái đất trong nhật thực để có được những quan sát khó nhìn chỉ có sẵn trong những khoảnh khắc thoáng qua của bóng tối ban ngày.
"Vào ngày 2 tháng 7, tài trợ của NSF sẽ cho phép các nhà khoa học nắm bắt cơ hội quý giá của nhật thực toàn phần để nghiên cứu corona của mặt trời", David Boboltz, Giám đốc Chương trình NSF cho biết. Mặt trời sẽ ẩn trong 2 phút và 6 giây ở kính viễn vọng.
Trong khi mặt trăng thường xuyên di chuyển trước một phần của mặt trời trong các lần nhật thực một phần, xảy ra trung bình một vài lần trong năm, thì mặt trời bị chặn hoàn toàn trong khi nhật thực toàn phần. Sự khác biệt giữa nhật thực toàn phần và nhật thực một phần, ngay cả khi 99% mặt trời được che chắn, rất ấn tượng và có thể cho phép phạm vi thí nghiệm khoa học rộng hơn. Khi cơ thể của mặt trời bị chặn hoàn toàn, corona bên trong khó nắm bắt sẽ nhìn thấy được.
Được tạo thành từ các loại khí cực nóng, corona nóng hơn một cách bí ẩn so với bề mặt của mặt trời. Mặc dù nhiệt độ cao, nó mờ hơn hàng triệu lần so với cơ thể có thể nhìn thấy của mặt trời, do bản chất ngoan cường của nó. Nghiên cứu corona có thể tiết lộ những hiểu biết về thời tiết không gian do mặt trời tạo ra, có thể có tác động đáng kể đến Trái đất.
Ngoài việc thực hiện khoa học có giá trị, mỗi đội đã vạch ra một kế hoạch tiếp cận nhật thực để lôi kéo sinh viên Chile và nước ngoài, các nhà thiên văn nghiệp dư và công chúng nói chung.
Một thử nghiệm kéo dài hàng thập kỷ
Vào những năm 1990, nhà thiên văn học người Mỹ Jay Pasachoff đã bắt đầu một chương trình quan sát mà từ đó tiếp tục theo dõi mặt trời đang thay đổi. Bằng cách đo màu sắc, hình dạng và nhiệt độ hiện tại của corona, các nhà khoa học hy vọng sẽ cải thiện sự hiểu biết của họ về các vụ phun trào và truyền phát từ mặt trời.
Pasachoff, một giáo sư thiên văn học tại Đại học Williams ở Massachusetts, là một trong ba người đàn ông giữ kỷ lục quan sát nhật thực toàn phần nhất. Ông đã đi khắp thế giới để quan sát 70 lần nhật thực, 34 trong số đó là nhật thực toàn phần.
"Mỗi cái nhìn thoáng qua chúng ta nhận được về mặt trời trong nhật thực toàn phần - chỉ một vài phút mỗi 18 tháng hoặc lâu hơn - cho chúng ta một bộ tính năng khác nhau để xem xét," Pasachoff nói trong tuyên bố.
Quan sát các đặc điểm của mặt trời có thể giúp cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về sự phóng đại khối (CME), sự phun trào của vật liệu tích điện phun ra từ bề mặt mặt trời. Khi các khối này di chuyển ra ngoài không gian, chúng có thể va chạm với các hành tinh như Trái đất và tương tác với từ trường của chúng. Vào năm 1859, một cơn bão mặt trời được gọi là sự kiện Carrington đã gây ra các cú sốc điện và quần short dọc theo dây điện báo, thậm chí cho phép các máy điện báo bị ngắt khỏi nguồn điện để hoạt động. Một sự kiện tương tự ngày hôm nay, trong một thế giới điện tử xa hơn, có thể có tác động đáng kể.
Nhóm của Pasachoff cũng sẽ nghiên cứu các cấu trúc vành lớn được gọi là các bộ truyền phát, các khu vực nhọn xuất hiện trong hầu hết các hình ảnh của corona. Bởi vì nhật thực toàn phần năm 2019 xảy ra trong một phần tương đối yên tĩnh của chu kỳ hoạt động 11 năm của mặt trời, nó sẽ cung cấp một cái nhìn hiếm hoi về các cực của mặt trời, các búi của từ trường mở được tạo ra ở cực bắc và cực nam.
Pasachoff cho biết: "Iễum cũng mong muốn so sánh các quan sát của chúng ta về corona được chụp trong nhật thực ... với các dự đoán mà các đồng nghiệp đưa ra trước nhật thực dựa trên từ trường và các vết đen mặt trời trong tháng trước". Các dự đoán và quan sát sẽ được kết hợp trong hình ảnh máy tính sau khi nhật thực kết thúc.
Nhiệt độ của mặt trời cũng thay đổi theo chu kỳ 11 năm. Bằng cách đo sắt quá nhiệt trong corona, nhóm nghiên cứu sẽ có thể đo nhiệt độ tổng thể của corona để nghiên cứu xem nó đã thay đổi theo thời gian như thế nào.
'Gió mặt trời Sherpas'
Một nhóm các nhà nghiên cứu thứ hai được gọi là "Solar Wind Sherpas" sẽ nghiên cứu corona của mặt trời từ ba địa điểm khác nhau trên khắp Nam Mỹ. Được dẫn dắt bởi nhà thiên văn học Shadia Habbal thuộc Đại học Hawaii, nhóm này sẽ nghiên cứu mặt trời từ Cerro Tololo và hai địa điểm khác ở Argentina. Ngoài việc tăng cơ hội có thể quan sát mặt trời trong thời tiết rõ ràng, việc có nhiều địa điểm cũng sẽ cho phép các nhà nghiên cứu đo lường sự thay đổi cấu trúc vành xảy ra trong khoảng thời gian rất nhỏ.
Kế hoạch không mới. Nhóm của Hab Bạch đã sử dụng một chiến lược tương tự trong suốt nhật thực toàn phần ngày 21 tháng 8 năm 2017 tại Hoa Kỳ. Mục tiêu của họ là tăng bộ dụng cụ được sử dụng trong các quan sát và nghiên cứu các bước sóng khác nhau chưa được nghiên cứu.
Các nhà thiên văn học có kế hoạch sử dụng hình ảnh đa bước sóng và phép đo quang phổ, phá vỡ ánh sáng thành bước sóng thành phần của nó, để phát hiện thành phần hóa học, nhiệt độ, mật độ, chuyển động không liên quan đến nhiệt và dòng chảy của các phần khác nhau của corona. Mỗi thuộc tính sẽ được nghiên cứu gần bề mặt mặt trời, nơi xảy ra sự thay đổi lớn nhất trong từ trường mặt trời và nơi phát ra gió mặt trời và khối lượng vành lớn từ mặt trời.
Habbal cho biết nhật thực là duy nhất "bởi vì nó xảy ra vào cuối buổi chiều và mặt trời sẽ ở độ cao rất thấp. Ngoài ra, mặt trời gần với mặt trời tối thiểu, do đó sự phân bố các cấu trúc trong corona mặt trời sẽ khác với hai năm trước . "
'Một thành tựu lớn cho khoa học công dân'
Các nhà thiên văn từ Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản cũng sẽ thiết lập nhiều trạm để nghiên cứu nhật thực. Nhóm của Yoichiro Hanaoka sẽ thực hiện các quan sát của corona gần bề mặt, một khu vực không thể nhìn thấy đối với các đài quan sát trên không gian như Đài quan sát mặt trời và Heliospheric của NASA (SOHO) và Đài quan sát mặt đất (STEREO). Bằng cách kết hợp các hình ảnh trên mặt đất với những hình ảnh thu được từ không gian, Hanaoka và các đồng nghiệp của mình sẽ có thể tạo ra một hình ảnh hoàn chỉnh của corona.
Đội của Hanaoka sẽ không bao gồm các chuyên gia.
"Chúng tôi sẽ hợp tác với các nhà quan sát nghiệp dư, trải rộng trên con đường nhật thực toàn phần ở Chile và Argentina, để tổ chức các quan sát đa địa điểm", ông nói. Kết hợp tất cả các quan sát này sẽ cung cấp một cái nhìn thoáng qua về cách corona thay đổi theo thời gian. "Đó sẽ là một thành tựu lớn cho khoa học công dân," Hanaoka nói.
Một dự án phân cực
Từ trường và cấu trúc của corona đóng vai trò cơ bản trong thời tiết không gian. Đo hướng của từ trường mặt trời có thể giúp dự đoán về những gì thúc đẩy các sự kiện thời tiết không gian như CME. Nhưng các phép đo đáng tin cậy của từ trường vẫn là một thách thức.
Để đo từ trường của mặt trời, các nhà khoa học phải đo độ phân cực của ánh sáng đến từ mặt trời. Giống như kính râm phân cực, các bản phân cực trên kính viễn vọng mặt trời lọc ánh sáng không phù hợp với hướng của chúng.
"Bằng cách xoay các bản phân cực này, chúng ta có thể ghép lại hình dạng của từ trường trên mặt trời", Paul Bryans, nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng công ty Nghiên cứu Khí quyển, người sẽ dẫn dắt dự án nghiên cứu từ trường của mặt trời. "Điều này sẽ giúp chúng tôi hiểu những loại cấu hình từ trường có thể dẫn đến các sự kiện phun trào", ông nói.
Trở lại trái đất
Trong khi bốn đội NSF đầu tiên sẽ hướng mắt về phía mặt trời, thì nhóm thứ năm sẽ giữ vững tầm nhìn trên Trái đất. Được dẫn dắt bởi Miquel Serra-Ricart, một nhà nghiên cứu tại Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ở Tây Ban Nha, đội sẽ điều tra những thay đổi về nhiệt độ của bầu khí quyển của Trái đất, đặc biệt là tầng điện ly - lớp trên mà sự dối trá về 50-600 dặm ( 80 đến 1.000 km) trên bề mặt Trái đất - khi bóng của mặt trăng di chuyển trên đài quan sát.
"Nhật thực toàn phần tạo ra một khu vực tối, tròn rộng và giảm ánh sáng mặt trời đi xuyên qua bầu khí quyển của Trái đất trong một con đường tương đối hẹp vào ban ngày," Serra-Ricart nói. "Ảnh hưởng của nó đối với cường độ bức xạ mặt trời tương tự như những gì xảy ra vào lúc bình minh và hoàng hôn và nó tạo ra những thay đổi trong bầu khí quyển Trái đất mà chúng ta muốn đo."
Nhóm nghiên cứu sẽ theo dõi nhiệt độ giảm xuống trong bóng tối bao nhiêu và nhanh như thế nào khi Trái đất bị che khuất hoàn toàn bởi mặt trời. Họ cũng sẽ theo dõi những thay đổi trong tầng điện ly để hiểu rõ hơn về cách nó ảnh hưởng đến việc thu sóng vô tuyến đường dài vào ban đêm.
Mặc dù bóng của mặt trăng sẽ tạo ra một tầng điện ly giống như ban đêm, nhưng nó sẽ khác với không khí buổi tối bình thường.
"Bóng mặt trăng tương đối nhỏ trên Trái đất và di chuyển với tốc độ siêu âm. Nó có thể sẽ tạo ra một số hiệu ứng thú vị có thể phát hiện được trên radio thông thường hoặc máy thu nhỏ", Serra-Ricart nói.
Đây sẽ không phải là lần đầu tiên tầng điện ly được nghiên cứu trong nhật thực. Trong nhật thực năm 1999 trên Vương quốc Anh, các nhà khoa học khuyến khích mọi người sử dụng radio để theo dõi những thay đổi trong bầu khí quyển phía trên. Các nhà khoa học công dân đã điều chỉnh vào một đài phát thanh ở Tây Ban Nha có thể phát hiện được ở Anh để xác định các sóng vô tuyến truyền đi xa hơn trong nhật thực.
"Mặc dù các hiệu ứng tầng điện ly của nhật thực đã được nghiên cứu trong hơn 50 năm nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được trả lời. Chúng tôi biết đại khái điều này xảy ra như thế nào, nhưng không chính xác. Nhật thực sẽ cho các nhà nghiên cứu cơ hội kiểm tra quá trình sạc và sạc trong thời gian thực. "
Lưu ý của biên tập viên: Nếu bạn chụp một bức ảnh tuyệt vời của Ngày 2 tháng 7 năm 2019 nhật thực toàn phần và muốn chia sẻ nó với độc giả của Space.com, gửi ảnh, bình luận của bạn, tên và địa điểm của bạn đến [email protected].
- Theo đuổi năng lượng mặt trời: Hỏi và đáp với Jay Pasachoff
- Đây là những gì các nhà khoa học đã học được từ tổng năng lượng mặt trời
- Tổng năng lượng mặt trời: Chúng có thường xuyên xảy ra (và tại sao) không?
