واستخدم الدكتور أمير كاسبي من مركز أبحاث ساوثويست في بولدر بولاية كولورادو وفريقه طائرات مزودة بكاميرات فريدة تعمل بالأشعة تحت الحمراء تم تطويرها بشكل عام لمراقبة إطلاق المكوك بعد كارثة كولومبيا لتصوير كسوف الشمس من ارتفاع 15 كيلومترا.
بالنسبة لمعظم مراقبي كسوف الشمس يوم 21 أغسطس 2017، سيستمر الكسوف أقل من دقيقتين ونصف، ولكن بالنسبة لمجموعة واحدة من العلماء الممولين من وكالة ناسا، سيستمر الكسوف أكثر من سبع دقائق. سرهم هو الطيران في ظل القمر في طائرتين نفاثة من طراز WB-57F مجهزتين بمعدات خاصة.
سيستخدم أمير كاسبي، أحد كبار الباحثين في معهد أبحاث الجنوب الغربي في بولدر، كولورادو، وفريقه طائرتين من طائرات الأبحاث WB-57F التابعة لناسا لمطاردة الظلام عبر الولايات المتحدة في 21 أغسطس. بعد تركيب تلسكوبين مزدوجين على أنوف الطائرات، يريد كاسبي وفريقه التقاط أوضح الصور للغلاف الجوي الخارجي للشمس - أتارا، بالإضافة إلى أول صور حرارية على الإطلاق لكوكب عطارد، وكذلك الكشف عن كيفية درجة الحرارة التغيرات التي تحدث على سطح الأرض أثناء كسوف الشمس.
يقول دان سيتون، من جامعة كولورادو في بولدر وباحث مشارك في المشروع: "قد تكون هذه أفضل الملاحظات للظواهر التي تحدث بتردد عالٍ في الإكليل". "إن تمديد وقت المراقبة ورفعه إلى ارتفاعات عالية جدًا قد يسمح لنا برؤية الأحداث أو تتبع ترددات الضوء التي قد تكون غير مرئية خلال دقيقتين تقريبًا من الملاحظات من الأرض."
وسيوفر وقت الكسوف الكلي فرصة نادرة للعلماء لدراسة الشمس، وخاصة غلافها الجوي عندما يغطي القمر الشمس بالكامل ويحجب ضوءها تماما أثناء كسوف الشمس. الإكليل ضعيف ولن يكون من الممكن رؤيته إلا أثناء كسوف الشمس على خلفية السماء المظلمة. وتقوم ناسا بتمويل 11 مشروعًا علميًا في جميع أنحاء الأمريكتين حتى يتمكن العلماء من الاستفادة من الحدث الفلكي الفريد لمعرفة المزيد عن الشمس وتأثيراتها على الغلاف الجوي العلوي للأرض.
صورة مركبة لطائرة WB-57F والكسوف. أثناء كسوف الشمس، سيقوم أعضاء فريق العلماء الممول من وكالة ناسا بتتبع الهالة الشمسية باستخدام التلسكوبات المثبتة على طائرتين بحثيتين تابعتين لناسا WB-57F. توفر نقطة المراقبة هذه مزايا واضحة مقارنة بعمليات الرصد الأرضية، كما هو موضح في هذه الصورة المركبة للطائرة على خلفية موجة الحر عام 2015 في جزر فارو. الصورة: ناسا / جزر فارو / SWRI
وتسخن الإكليل إلى درجة حرارة ملايين الدرجات، لكن طبقات الغلاف الجوي السفلية مثل الغلاف الضوئي -السطح المرئي للشمس- لا تصل إلا إلى بضعة آلاف من الدرجات. العلماء ليسوا متأكدين من كيفية حدوث هذا الانعكاس. تشير إحدى النظريات إلى أن الموجات المغناطيسية التي تسمى موجات ألففين تنقل الطاقة في الغلاف الجوي الخارجي للشمس، حيث تتبدد على شكل حرارة. وبدلاً من ذلك، يمكن أن تحدث انفجارات صغيرة تسمى التوهجات النانوية (لهيب صغير). هذه الانفجارات صغيرة جدًا ومتكررة بحيث لا يمكن اكتشافها بشكل فردي، لكن تأثيرها الجماعي كبير، وقد تطلق الحرارة في الإكليل.
ونظرًا للقيود التكنولوجية، لم يتمكن أحد حتى الآن من رؤية هذه النيران الصغيرة بشكل مباشر، لكن الصور عالية الدقة وعالية السرعة التي يمكن التقاطها من طائرة WB-57F قد تكشف عن تأثيرها على الإكليل. وبعد العملية سيكون من الممكن تحليل الصور عالية الوضوح والتي سيتم التقاطها ثلاثين مرة في الثانية الواحدة، وكشف حركة مثل هذه الموجات في الإكليل لمعرفة ما إذا كانت الموجات تتحرك نحو السطح أو بعيدا عن سطح الأرض. الشمس وما قوتها.
وقال كاسبي: "نرى أدلة على التسخين الناتج عن النيران، لكننا لا نعرف مكان حدوثها". "إذا حدثت في أعلى الإكليل، فقد نتوقع رؤية موجات تتحرك نحو الأسفل، مما يتسبب في حدوث انفجارات صغيرة وإعادة تعريف المجالات المغناطيسية بشكل جماعي. بهذه الطريقة، قد تكون التوهجات النانوية أيضًا هي الحلقة المفقودة التي تسمح بالفوضى الفوضوية للمجال المغناطيسي للشمس، وتفسر سبب قيام الإكليل بتنظيم حلقات من المجالات المغناطيسية. وسيساعدنا اتجاه الموجات وطبيعتها على التمييز بين النماذج المتنافسة لتسخين الإكليل".
ستشاهد الطائرتان، اللتان تغادران من إلينغتون فيلد بالقرب من مركز جونسون للفضاء التابع لناسا في هيوستن، الكسوف الكلي لمدة ثلاث دقائق ونصف تقريبًا لكل منهما أثناء تحليقهما فوق ميسوري وإلينوي وتينيسي.
وفي مقابلة مع موقع هيدان، يقول كاسبي إنه ولد في تل أبيب وغادر إسرائيل وهو في السادسة من عمره. يبلغ من العمر 39 عامًا، وتخرج عام 2001 بدرجة البكالوريوس في الفيزياء وعلم الفلك والرياضيات وعلوم الكمبيوتر من جامعة ميريلاند، والدكتوراه المباشرة في كلية الفيزياء بجامعة كاليفورنيا بيركلي عام 2010. كان موضوع الدكتوراه في فيزياء أبحاث الانفجار الشمسي.
"أعمل في معهد أبحاث الجنوب الغربي، وهو معهد علمي غير ربحي مقره في تكساس، وأعمل في فرع المعهد في بولدر، كولورادو. كان سبب افتتاح الفرع منذ أكثر من 20 عامًا هو أنه في كولورادو وبولدر على وجه الخصوص، يتم إجراء الكثير من أبحاث الفضاء - وخاصة أبحاث الطاقة الشمسية وتقنيات الطيران. في مختبري في بولدر نقوم بإجراء أبحاث حول الطاقة الشمسية والكواكب والقليل من الفيزياء الفلكية أيضًا. وفي هذا الإطار، أنا الباحث الرئيسي في تجربة رصد كسوف الشمس بمساعدة طائرات ناسا.
"لقد تناولت معظم أبحاثي التوهجات الشمسية - الأحداث النشطة للغاية على الشمس والسؤال عن سبب ارتفاع درجة حرارة الهالة - ملايين الدرجات المئوية بدلاً من آلاف الدرجات فقط. إن الانفجارات التي تحدث في الشمس والتي كنت أدرسها طوال الخمسة عشر عامًا الماضية تلعب دورًا في هذا.
كسوف الشمس أمر شائع، هل قمت بقيادة هذه الطائرات من قبل؟
"لا. وهذه هي المرة الأولى التي نقوم فيها بعملية رصد من هذا النوع، نستخدم خلالها الطائرات كأداة لمطاردة ظل القمر. ومن المسلم به أنه كانت هناك بالفعل مثل هذه الترقيات. طاردت الكونكورد كسوف الشمس في عام 1973، لكن هذه هي المرة الأولى التي تقوم فيها طائرات WB-57F برصد فلكي من الجو. الأجهزة التي نستخدمها هي أفضل الأجهزة التي رصدنا بها كسوف الشمس من الجو وبشكل عام هذه هي المرة الأولى التي تقوم فيها ناسا بمثل هذه التجربة. هذه طائرات ذات جناحين كبيرين.
هل ستطير على إحدى الطائرات؟
كاسبي: "في كل طائرة سيكون هناك اثنان من أفراد الطاقم سيقومان بتشغيل الأجهزة وسنراقب ما سيظهرونه عبر البث عبر الأقمار الصناعية. بالطبع أنا حزين لأنني لا أستطيع أن أكون على متن الطائرة. هذا هو الكسوف الأول لي وأحتاج إلى رؤيته على شاشة التلفزيون، لأنني سأكون في تكساس حيث ستقلع الطائرات".
ما هي البيانات التي تنوي جمعها؟
"في كل طائرة نستخدم كاميرتين، واحدة في الضوء العادي، في الواقع في التردد الأخضر والأخرى في ضوء الأشعة تحت الحمراء (5-3 ميكرون). سيتم التصوير كلاهما بدقة عالية بتردد 30 مرة في الثانية.
وستطير الطائرة بسرعة 700 كم/ساعة والظل بسرعة حوالي 2,300 كم/ساعة في المنطقة التي سننتظرها فيها. وبسبب سرعة الطيران، يمكننا الحصول على وقت إضافي بنسبة 45% للمراقبة. ستشهد كل طائرة ما يقرب من أربع دقائق. ومع ذلك، وبما أن الطائرتين ستعبران الظل على مسافة حوالي 20 كيلومتر من بعضهما البعض، فسيكون هناك تداخل لمدة 10-XNUMX ثانية عندما تكون الطائرتان على جانبي الظل، وستحصل كل طائرة على ما يقرب من أربع دقائق من الكسوف الكلي، ومع التداخل بينهما سيكون لدينا حوالي سبع دقائق ونصف بين كلا المستويين.
وهناك ميزة أخرى للطيران على ارتفاع شاهق - 15 كم - لذلك سنكون فوق السحاب وسنشاهد الكسوف بالكامل بالتأكيد. على ارتفاع 15 كيلومترًا، نكون فوق 90-85 بالمائة من الغلاف الجوي، وهذا أيضًا يزيد من جودة الصور لأن الضوء يجب أن يعبر غلافًا جويًا أرق بكثير من مستوى سطح الأرض، بما في ذلك الدوامات في الجزء السفلي من الغلاف الجوي.
فلماذا لا نستخدم الطائرات الأسرع من الصوت؟
يمكنك الطيران بسرعة عالية وزيادة وقت التعرض للكسوف، ولكن حول طائرة تتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت، يتم إنشاء الكثير من الاضطرابات وهذا يفسد جودة الصور.
إذا كان الأمر كذلك فلماذا لا تستخدم ثلاث طائرات أو أكثر؟
نود استخدام الكثير من الطائرات ولكن لا يوجد حاليًا سوى طائرتين نشطتين من هذا النوع ويتم تفكيك الثالثة للصيانة. هذه طائرات من الخمسينيات. كما أن هناك جهازين فقط ولم تكن لدينا الميزانية لشراء جهاز آخر. أحد أسباب استخدامنا لهذه الطائرة وهذه الأجهزة هو أن الأجهزة موجودة بالفعل ولم يتطلب الأمر الكثير من المال لتكييفها للتجربة. وهي أجهزة تم تصنيعها بعد كارثة كولومبيا حتى تتمكن طائرات ناسا من "مطاردة" المكوك عند إقلاعه وكذلك تصويره من ارتفاع عالٍ للتأكد من عدم سقوط أي جزء منه أثناء الإقلاع. لم نبنيها للبحث ولكننا تمكنا من تكييفها مع بحثنا.
