ליקוי החמה המלא שיתרחש בהמשך החודש בארצות הברית יסייע לחוקרים לשפר את יכולות המידול של מערכת האנרגיה של כדור הארץ.
זה היה אמצע אחר הצהריים, אבל היה חשוך באזור בבולדר, קולורדו ב-3 באוגוסט 1998. ענן עבה הופיע ממעל ועימעם את הארץ מתחתיו במשך יותר משלושים דקות. רדיומטרים מכוילים היטב הראו שרמות נמוכות מאוד של אור הגיעו לקרקע, כל כך נמוכות שחוקרים החליטו לדמות את האירוע המעניין הזה באמצעות מודלים ממוחשבים. עכשיו ב-2017, בהשראת האירוע בבולדר, מדענים של נאס”א יחקרו את ליקוי השמש על ידי הירח כדי לדעת יותר על מערכת האנרגיה של כדור הארץ.
ב-21 באוגוסט 2017 המדענים מצפים לליקוי החמה המלא של השנה שיעבור על פני אמריקה כדי לשפר את יכולות המידול של האנרגיה של כדור הארץ. גויונג וון, מדען של נאס”א שעובד באוניברסיטה של המדינה מורגן בבולטימור, עומד בראש צוות שיאסוף נתונים מהקרקע ומלוויינים לפני, במשך ואחרי הליקוי כדי שיוכלו לדמות את הליקוי של השנה באמצעות מודל ממוחשב מתקדם, שנקרא מודל מעבר קרינה תלת מימדי. אם הם יצליחו, וון והצוות שלו יעזרו לפתח חישובים חדשים שישפרו את ההערכות שלנו לגבי כמות האנרגיה הסולרית שמגיעה לקרקע, ואת ההבנה שלנו לגבי אחד משחקני המפתח בוויסות מערכת האנרגיה של כדור הארץ, העננים.
מערכת האנרגיה של כדור הארץ היא ריקוד מתמיד כדי לשמור על איזון בין קרינה נכנסת מהשמש וקרינה יוצאת מהארץ לחלל, שהמדענים קוראים לו תקציב האנרגיה של כדור הארץ. לעננים, גם עבים וגם דקים, יש תפקיד חשוב בהשפעה על מאזן האנרגיה.
כמו ענן ענקי, הירח במהלך ליקוי החמה המלא ב-2017 יטיל צל גדול על רצועה של ארצות הברית. וון והצוות שלו כבר יודעים את המימדים ותכונות חסימת האור של הירח, אבל ישתמשו במכשירים על הקרקע ובחלל כדי ללמוד איך הצל הגדול הזה משפיע על כמות האור שמגיע לפני כדור הארץ, במיוחד סביב הקצוות של הצל.
“זאת הפעם הראשונה שאנחנו יכולים להשתמש במדידות מהקרקע ומהחלל כדי לדמות את התנועה של צל הירח על פני הארץ בארצות הברית ולחשב את האנרגיה שמגיעה לארץ”, אמר וון. מדענים ביצעו מדידות אטמוספריות נרחבות בזמן ליקויי חמה קודמים, אבל זאת ההזדמנות הראשונה לאסוף נתונים מתואמים מהקרקע ומרכב חלל שצופה בכל כדור הארץ שבאור השמש בזמן ליקוי, הודות למצפה האקלים בחלל העמוק (DSCOVR) של מינהל האוקיינוסים והאטמוספירה הלאומי ששוגר בפברואר 2015.
למרות שירח שחוסם את השמש בזמן ליקוי חמה ועננים שחוסמים את אור השמש שמגיע לפני הארץ הן שתי תופעות שונות, שתיהן מצריכות חישובים מתמטיים דומים כדי להבין באופן מדויק את ההשפעות שלהן. וון צופה שהניסוי הזה יעזור לשפר את החישובים במודלים הנוכחיים ואת הידע שלנו על עננים, במיוחד עננים נמוכים עבים שיכולים לכסות בערך 30 אחוז מכדור הארץ בכל זמן נתון.
בניסוי הזה, וון והצוות שלו ידמו את ליקוי החמה המלא במודל מעבר קרינה תלת מימדי, שעוזר למדענים להבין אך האנרגיה מתפשטת בכדור הארץ. כיום המודלים נוטים להציג עננים במימד אחד. במקרים רבים, החישובים החד מימדיים האלה יכולים ליצור מודלים מדעיים שימושיים להבנת האטמוספירה. אבל לפעמים נחוץ מודל תלת מימדי כדי לקבל תוצאות יותר מדויקות. ההבדל הגדול הוא שעננים תלת מימדיים מחזירים או מפזרים אנרגיה סולרית בכיוונים רבים, מלמעלה ומלמטה, וגם מהצדדים של העננים. כתוצאה מההתנהגות התלת מימדית הזאת כמויות האנרגיה שמגיעות לקרקע שונות ממה שיכול לחזות מודל חד מימדי.
“אנחנו בודקים את היכולת לבצע סוג מסוים של חישוב מורכב, בדיקה של טכניקה מתמטית תלת מימדית, לראות אם היא שיפור לעומת הטכניקה הקודמת”, אמר ג’יי הרמן, מדען במרכז טיסות החלל גודרד של נאס”א בגרינבלט, מרילנד, וחוקר שמשתתף בפרויקט. “אם זה יצליח, אז יהיה לנו כלי טוב יותר ליישום במודלי אקלים ונוכל להשתמש בו לענות על שאלות על תקציב האנרגיה של כדור הארץ ועל האקלים”.
בליקוי החמה המתקרב, וון ואנשי הצוות שלו יהיו בקספר, וואיומינג ובקולמביה, מיזורי כדי לאסוף מידע על כמות האנרגיה שמועברת מכדור הארץ וממנו לפני, במשך ומיד אחרי הליקוי באמצעות כמה מכשירים קרקעיים.
מכשיר ספקטרומטר פנדורה שפותח על ידי נאס”א ויוצב על הקרקע יספק מידע על מידת הנוכחות של כל אורך גל נתון של אור, ומד קרינת שמש ימדוד את האנרגיה הסולרית הכוללת מכל הכיוונים שיורדת אל פני הארץ. מיד לפני ואחרי הליקוי המדענים ימדדו מידע אחר כגון הכמות של גזי קורט סופגים באטמוספירה, כגון אוזון, חנקן דו-חמצני וחלקיקי תרסיסים קטנים, שגם הוא ישמש במודל התלת מימדי.
באותו זמן בחלל, מצלמת הדימות הצבעונית של כדור הארץ (EPIC) של נאס”א שנמצאת ברכב החלל DSCOVR תצפה באור שעוזב את כדור הארץ ותאפשר למדענים להעריך את כמות האור שהגיעה לפני הארץ. בנוסף שני המכשירים הלוויינים MODIS של נאס”א, שנמצאים בלוויינים שלה טרה ואקווה, ששוגרו ב-1999 ו-2002, בהתאמה, יספקו תצפיות של התנאים באטמוספירה ועל פני הארץ בזמנים לפני ואחרי ליקוי החמה. המדענים ישלבו אז את המדידות הקרקעיות עם המדידות שנצפו על ידי רכבי החלל.
הניסוי הזה משלים את המחויבות בת העשור של נאס”א לצפות בתרומות לתקציב האנרגיה של כדור הארץ ולהבין אותן. במשך יותר מ-30 שנה נאס”א מדדה וחישבה את כמות האנרגיה שפוגעת בחלק העליון של האטמוספירה שלנו, את כמות אנרגיית השמש שמוחזרת בחזרה לחלל וכמה אנרגיה תרמית הפלנטה שלנו פולטת לחלל. המדידות האלה התאפשרו הודות למכשירים ומשימות כגון ACRIMSAT ו-SOLSTICE (שנת שיגור: 1991) ו-SORCE (שנת שיגור: 2003) וגם סדרת המכשירים CERES שנמצאים בטרה, אקווה ו-Suomi-NPP (שנת שיגור: 2011).
ראו עוד בנושא באתר הידען:
