ד”ר עמיר כספי ממרכז המחקר SOUTHWEST בבולדר קולורדו וצוותו השתמשו במטוסים ועליהם מצלמות אינפרה אדום ייחודיות שפותחו בכלל למעקב אחר שיגורי המעבורות אחרי אסון קולומביה כדי לצלם את ליקוי החמה מגובה 15 קילומטרים.
עבור רוב הצופים בליקוי החמה של 21 באוגוסט 2017 – יימשך הליקוי פחות משתי דקות וחצי אבל עבור קבוצה אחת של מדענים במימון נאס”א, הליקוי יימשך יותר משבע דקות. הסוד שלהם הוא טיסה בעקבות צל הירח בשני מטוסי סילון מסוג WB-57F המצויידים בציוד מיוחד.
עמיר כספי, חוקר בכיר במכון המחקר סאות’ווסט בבולדר, קולורדו, וצוותו ישתמשו בשני מטוסי המחקר מדגם WB-57F של נאס”א כדי לרדוף את החשיכה ברחבי ארה”ב ב – 21 באוגוסט. לאחר שהתקינו טלסקופים תאומים על חוטמיהם של המטוסים, מבקשים כספי וצוותו ללכוד את התמונות הברורות ביותר של האטמוספירה החיצונית של השמש – העתרה, וכן את התמונות תרמית הראשונות אי פעם של כוכב חמה וכן לחשוף כיצד משתנה הטמפרטורה על פני השטח של כדור הארץ בעת ליקוי החמה.
“אלה יכולות להיות התצפיות הטובות ביותר של תופעות המתרחשות בתדירות גבוהה בעטרה”, אומר דן סיטון, מאוניברסיטת קולורדו בבולדר וחוקר שותף בפרויקט. “הרחבת זמן התצפית ועליה לגבהים גבוהים מאוד עשויה לאפשר לנו לראות אירועים או ולעקוב אחר תדרי אור שיהיו בלתי נראים כמעט בשתי הדקות של תצפיות מהקרקע”.
סך זמן הליקוי יספק הזדמנות נדירה למדענים לחקור את השמש, במיוחד את האטמוספירה שלה שלה כאשר הירח יכסה לחלוטין את השמש ויחסום באופן מושלם את אורה במהלך ליקוי חמה. העטרה חלשה ורק בעת ליקוי חמה אפשר יהיה לראות אותה על רקע השמים הכהים. נאס”א מממנת 11 פרויקטים מדעיים ברחבי אמריקה כדי שהמדענים יוכלו לנצל האירוע האסטרונומי הייחודי כדי ללמוד עוד על השמש והשפעותיה על האטמוספירה העליונה של כדור הארץ.
תמונה מורכבת של מטוסי WB-57F וליקוי חמה. במהלך ליקוי החמה יעקבו חברי צוות מדענים במימון נאס”א אחר עטרת השמש באמצעות טלסקופים המוצבים על גבי שני מטוסי המחקר של נאס”א מדגם WB-57F. נקודת תצפית זו מספקת יתרונות ברורים על פני תצפיות קרקעיות, כפי שמודגם בתמונה המורכבת הזאת של המטוס על רקע החמה של 2015 באיי פארו. איור: נאס”א / איי פארו / SWRI
העטרה מתחממת לטמפרטורה של מיליוני מעלות אך השכבות האטמוספריות הנמוכות כמו הפוטוספרה – המשטח הגלוי של השמש – מגיעות רק לכמה אלפי מעלות. מדענים אינם בטוחים כיצד קורה היפוך זה. תיאוריה אחת מציעה שגלים מגנטיים הנקראים גלי אלפאן (Alfvén ) מעבירים אנרגיה באטמוספירה החיצונית של השמש, שם הם מתפזרים כחום. לחלופין, פיצוצים זעירים, הנקראים nanoflares (להבות זעירות). פיצוצים אלה קטנים ותכופים מדי מכדי לזהותם בנפרד, אבל השפעתם הקולקטיבית גדולה, עשויים לשחרר חום לתוך העטרה.
בשל מגבלות טכנולוגיות, אף אחד עדיין לא ראה ישירות להבות זעירות אלה, אבל תמונות ברזולוציה גבוהה ובמהירות צילום גבוהה שניתן יהיה לצלם ממטוסי WB-57F עשויות לחשוף את השפעתם על העטרה. לאחר המבצע ניתן יהיה לנתח את התמונות בחדות גבוהה, שיצולמו שלושים פעמים בשנייה, ולגלות תנועת גלים כאלה בעטרה לראות אם ההגלים נעים לעבר פני השטח או הרחק מפני השטח של השמש, ומהם עוצמתם.
“אנחנו רואים את הראיות של חימום הנובע מננו להבות, אבל איננו יודעים היכן הם מתרחשים”, אמר כספי. “אם הם מתרחשים גבוה יותר בעטרה, אנו עשויים לצפות לראות גלים נעים כלפי מטה, וגורמים לפיצוצים הקטנים להתרחש ולהגדיר מחדש באופן קולקטיבי את השדות המגנטיים. בדרך זו, nanoflares עשויות להיות גם החוליה החסרה המתירה את הבלגן כאוטי של השדה המגנטי של השמש, ומסבירה מדוע בעטרה יש לולאות מסודרות של שדות מגנטיים. הכיוון והאופי של הגלים יעזרו לנו להבחין בין המודלים המתחרים של חימום העטרה.”
שני המטוסים, שיצאו משדה אלינגטון ליד מרכז החלל ג’ונסון של נאס”א ביוסטון, יראו את הליקוי הכולל במשך כשלוש וחצי דקות כל אחד כשהם טסים מעל מיזורי, אילינוי וטנסי.
בראיון לאתר הידען, אומר כספי כי נולד בת”א עזב את ישראל בגיל שש. הוא בן 39, ואת התואר הראשון סיים בשנת 2001 בפיזיקה, אסטרוונמיה מתמטיקה ומדעי המחשב באוניברסיטת מרילנד, ותואר שלישי ישיר בפקולטה לפיזיקה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי בשנת 2010. נושא הדוקטורט היה פיזיקה של מחקר התפוצצויות על השמש.
“אני עובד במכון המחקר Southwest מכון מדעי ללא כוונת רווח שמרכזו בטקסס ואני נמצא בשלוחה של המכון בבולדר קולררדו. הסיבה לפתיחת השלוחה לפני למעלה מ-20 שנה היתה שבקולרדו ובבולדר במיוחד מבצעים הרבה מחקרים בתחום החלל – בפרט מחקרי שמש וטכנולוגיות Airospace. במעבדה שלי בבולדר אנחנו מבצעים מחקר שמש, כוכבי לכת וקצת עוסקים גם באסטרופיזיקה. במסגרת זו אני החוקר הראשי של ניסוי תצפית ליקוי החמה בעזרת המטוסים של נאס”א.
“רוב המחקרים שלי עסקו בהתפרצויות שמש – אירועים מאוד אנרגטיים על השמש ובשאלה מדוע העטרה חמה מאוד – מיליוני מעלות צלזיוס במקום רק אלפי מעלות. להתפוצצויות על השמש שאני חוקר ב-15 השנים האחרונות יש חלק בזה.
ליקויי חמה אינם דבר נדיר, האם כבר הטסתם את המטוסים הללו בעבר?
“לא. זו פעם ראשונה שאנחנו עושים תצפית מהסוג הזה שבמהלכה אנחנו משתמשים במטוסים כיד לרדוף אחרי צל הירח. אומנם כבר היו מבצעים כאלה. הקונקורד רדף אחרי ליקוי חמה עובד ב-1973 אבל זו הפעם הראשונה שמטוסי WB-57F יבצעו תצפיות אסטרונומיות מהאוויר. המכשירים שאנחנו משתמשים בהם הם המכשירים הטובים ביותר שבהם נצפה אי פעם ליקוי חמה מהאוויר ובכלל זו הפעם הראשונה שנאס”א, מבצעת ניסוי כזה. אלו מטוסים בעלי מוטת כנפיים גדולה.
תטוס על אחד המטוסים?
כספי: “על כל מטוס יהיו שני אנשי צוות שיפעילו את המכשירים ואנחנו נצפה במה שהם ייראו באמצעות שידור לווייני. אני כמובן עצוב שאני לא יכול להיות במטוס. זה הליקוי הראשון שלי ואני צריך לראות אותו בטלויזיה, כי אשהה בטקסס במקום ממנו ייצאו המטוסים.”
אילו נתונים אתם מתכוונים לאסוף?
“בכל מטוס אנחנו משתמשים בשתי מצלמות, האחת באור רגיל, למעשה בתדר הירוק והשניה באור תת-אדום (5-3 מיקרון). שתיהן יצלמו ברזולוציה גבוהה בתדירות של 30 פעם בשניה.
המטוס יטוס במהירות 700 קמ”ש והצל בערך 2,300 קמ”ש באיזור שבו נמתין לו. בגלל מהירות הטיסה, נוכל להרוויח כ-45% יותר זמן לתצפית. כל מטוס יראה כמעט ארבע דקות. ואולם מכיוון שהמטוסים יחצו את הצל במרחק של כמאה ק”מ זה מזה תהיה חפיפה של 20-10 שניות שבהם שני המטוסים יהיו בשני הצדדים של הצל, כל מטוס יקבל כמעט ארבע דקות של ליקוי מלא, ועם החפיפה ביניהם יהיו לנו בערך שבע וחצי דקות בין שני המטוסים.
יש עוד יתרון לטיסה בגובה רב – 15 ק”מ – כך נהיה מעל העננים ובטוח נראה את הליקוי במלואו. בגובה של 15 קילומטר אנחנו מעל 90-85 אחוז של האטמוספירה, הדבר גם מעלה את איכות התמונות כי האור צריך לחצות אטמוספירה הרבה יותר דלילה מאשר לפני הקרקע, לרבות המערבולות בתחתית האטמוספירה.
אז למה שלא תשתמשו במטוסים על-קוליים?
אפשר לטוס במהירות גבוהה ולהגדיל את זמן החשיפה לליקוי אבל סביב מטוס הנע במהירות על קולית נוצרות הרבה מערבולות והדבר מקלקל את איכות התמונות.
אם כך אז למה לא להשתמש שלושה מטוסים או יותר?
היינו רוצים להשתמש בהמון מטוסים אבל יש כרגע רק שני מטוסים כאלה פעילים והשלישי מפורק לצרכי תחזוקה. אלו מטוסים משנות החמישים. כמו כן, קיימים רק שני מכשירים ולא היה לנו תקציב לקנות עוד מכשיר. אחת הסיבות שנאחנו משתמשים במטוס הזה ובמכשירים האלה הוא כי המכשירים כבר היו קיימים ולא נדרש הרבה כסף כדי להתאים אותם לניסוי. אלו מכשירים שנבנו לאחר אסון הקולומביה כדי שמטוסים של נאס”א יוכלו ‘לרדוף’ אחר המעבורת בעת המראתה ולצלם אותה גם מגובה רב כדי לוודא ששום חלק לא נפל בזמן ההמראה. לא בנו אותם למחקר אבל הצלחנו להתאים אותם למחקר שלנו.
