Zonsverduisteringen bieden wetenschappers een zeldzame en kortstondige kans om gegevens te verzamelen over nagenoeg alles, van de fysica van de zon tot de luchtdruk in de bovenste atmosfeer. En om Einsteins relativiteitstheorie (opnieuw) te bewijzen.
Op 12 augustus zal de hemel hooguit 2 minuten en 18 seconden donker worden in een strook over de wereld die Groenland, IJsland en Noord-Spanje omvat. Zeker is dat wetenschappers overal ter wereld dat moment zo veel mogelijk zullen benutten. Totale zonsverduisteringen bieden namelijk zeldzame en kortstondige kansen om nieuwe informatie te vergaren over alles, van de fysica van de zon tot het gedrag van dieren en de dynamiek van de atmosfeer van de aarde. Dat zal volgende week woensdag niet anders zijn.
Gezien de korte duur van de zonsverduistering valt er geen seconde te verspillen. Daarom zal NASA tijdig een van haar WB-57-onderzoeksvliegtuigen boven IJsland in de lucht hebben. De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie wil gegevens verzamelen over de corona van de zon, zeg maar de buitenste laag. De camera’s aan boord van de straaljager kunnen beelden maken van de vurige halo van onze ster in het zichtbare, bijna-infrarode en midden-infrarode lichtspectrum.
Het toestel vliegt op 15 kilometer hoogte, dus ver boven de wolken, waardoor het zich in een uitstekende positie bevindt om deze golflengten op te vangen zonder de interferentie van het overgrote deel van de waterdamp in de atmosfeer, zegt Amir Caspi, een zonnefysicus bij het Southwest Research Institute, die voor het project samenwerkt met NASA.
‘De zoektocht naar zwaartekrachtgolven zou kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van betere klimaatmodellen’
‘Het is een zeldzame kans om de buitenste atmosfeer van de zon, de zonnecorona, te kunnen zien en meten’, verklaart Caspi. ‘Het oppervlak van de zon, de schijf van de zon, is een miljoen keer helderder dan de zonnecorona, althans in het zichtbare spectrum. Als je de zonnecorona wil bestuderen en meten, biedt een zonsverduistering je die kans door iets te blokkeren dat een miljoen keer helderder is.’
Zwaartekrachtgolven
Niet alleen jets, ook ballonnen zullen op dat moment in de lucht hangen. Zo is er het Nationwide Eclipse Ballooning Project van studenten uit heel de VS, dat in de loop van 30 uur 80 ballonnen zal laten opstijgen boven Spanje en IJsland. Sommige van de ballonnen zijn bedoeld voor erg technische experimenten, en zullen bijvoorbeeld zoeken naar atmosferische zwaartekrachtgolven – rimpelingen van opstijgende en dalende lucht in de atmosfeer. Deze golven kunnen golvende wolkenpatronen veroorzaken, en turbulentie. Ze kunnen ook wijzen op extreem weer.
‘Zwaartekrachtgolven komen voortdurend voor, door temperatuurveranderingen tussen dag en nacht of wanneer er stormen opkomen. Dan krijg je het soort drukveranderingen die zwaartekrachtgolven veroorzaken’, zegt Angela Des Jardins, projectleider en docent aan de Montana State University. ‘Ze ontstaan zelfs door fysieke verstoringen zoals bergketens, maar al sinds de jaren 1970 wordt verondersteld dat de koude, donkere schaduw van een zonsverduistering bijzondere, specifieke zwaartekrachtgolven zou veroorzaken die zich tot op grote hoogte zouden kunnen voortbewegen, tot in de stratosfeer.’
Des Jardins voerde een soortgelijk experiment uit tijdens de totale zonsverduistering van 2024, die in delen van Noord-Amerika zichtbaar was. Toen vond ze bewijs dat deze zwaartekrachtgolven op grote hoogte inderdaad voorkomen. Nu hoopt ze te achterhalen wanneer en waar die verstoringen in de troposfeer ontstaan. Deze resultaten zouden kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van ‘betere klimaatmodellen en een beter inzicht in hoe vervuiling de wereld waarin we leven beïnvloedt’, voegt ze eraan toe.
Kosmische straling
Een andere reeks ballonnen, die van de Spaanse Federatie van Astronomische Verenigingen, zal boven Spanje bijna 30 kilometer hoog worden opgelaten. Deze zullen instrumenten aan boord hebben om atmosferische omstandigheden te meten, maar ook een geigerteller, een magnetometer en een apparaat om muonen te tellen (minuscule, kortlevende elementaire deeltjes die ontstaan wanneer hoogenergetische stralen in botsing komen met lucht). De hypothese luidt dat een totale zonsverduistering invloed kan hebben op de hoeveelheid kosmische straling die vanuit de ruimte op de aarde valt.
‘We weten niet precies wat de uitkomst zal zijn’, zegt Alex Mendiolagoitia van de federatie. Maar misschien nog wel waardevoller dan de gegevens zijn de educatieve en publieksgerichte mogelijkheden, zegt hij. Een totale zonsverduistering is ‘de spannendste gebeurtenis die de natuur je kan bieden’, meent Mendiolagoitia, die met zijn team videocamera’s op de ballonnen wil bevestigen om de best mogelijke beelden met het grote publiek te delen.
In het spoor van Eddington
Ondertussen hopen ook andere wetenschappers deze wonderbaarlijke gebeurtenis te gebruiken om mensen te inspireren om zich persoonlijk meer met wetenschap bezig te houden. Een van hen is Matthias Harksen, een promovendus aan de Universiteit van IJsland, die van plan is een experiment uit 1919 na te bootsen, dat mede werd geleid door de Britse astronoom Arthur Eddington en waarmee Einsteins algemene relativiteitstheorie werd getoetst.
Eddington, gefascineerd door Einsteins hypothese, wist dat volgens de logica daarvan de zon de ruimtetijd zou moeten krommen, zodat het licht van sterren op een andere plek aan de hemel zou verschijnen dan waar het hoort te zijn. (Isaac Newton had eerder voorspeld dat de zwaartekracht van de zon de baan van het licht zou afbuigen, maar zijn berekeningen voor waar het licht uiteindelijk zou verschijnen, leverden heel andere resultaten op). Het felle licht van de zon verduistert de sterren echter overdag.
‘Een totale zonsverduistering is de spannendste gebeurtenis die de natuur je kan bieden’
Om dit te omzeilen reisde Eddington naar het eiland Principe voor de kust van Afrika, terwijl andere onderzoekers naar de Braziliaanse stad Sobral werden gestuurd om sterren in de buurt van de positie van de zon aan de hemel te fotograferen tijdens een totale zonsverduistering. De foto’s die zij door telescopen namen, werden vervolgens vergeleken met de eerder in kaart gebrachte posities van de sterren en, zoals voorspeld, verschenen ze precies waar Einsteins theorie suggereerde dat ze zouden verschijnen.
Beroemdste experiment
Het Eddington-experiment, zoals het bekend werd, was het bewijs dat Einsteins algemene relativiteitstheorie juist was en dat grote objecten inderdaad de ruimtetijd kromden. Door het experiment te herhalen, zij het met geavanceerdere apparatuur dan er in 1919 beschikbaar was, hoopt Harksen aan te tonen dat zelfs monumentale experimenten door de gemiddelde persoon kunnen worden nagebootst.
‘Ik denk niet dat we ernaar streven om uit deze metingen iets nieuws te leren over de algemene relativiteitstheorie’, zegt hij. ‘Het doel hiervan is eigenlijk gewoon om mensen te laten weten: “Hé, je kunt daadwerkelijk het waarschijnlijk beroemdste experiment uit de menselijke geschiedenis uitvoeren.”’
