Οι ηλιακές εκλείψεις είναι φαινόμενα που μαγεύουν και συγκινούν τους ανθρώπους εδώ και αιώνες. Στις 21 Αυγούστου 2017 η σκιά της Σελήνης διέσχισε τις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής από το βορειοδυτικό έως το νοτιοανατολικό άκρο σε κάτι περισσότερο από μιάμιση ώρα δίνοντας σε εκατομμύρια ανθρώπους την ευκαιρία να παρακολουθήσουν μια εντυπωσιακή ολική έκλειψη του Ήλιου. Στην εποχή των μέσων κοινωνικής δικτύωσης, των έξυπνων κινητών τηλεφώνων, της πληροφορίας και της επικοινωνίας η επίδραση του φαινομένου στο κοινό γιγαντώθηκε.
Η έκλειψη ήταν το σημαντικότερο γεγονός του καλοκαιριού και για τους επιστήμονες. Μάλιστα το ετήσιο συνέδριο του Τμήματος Ηλιακής Φυσικής (Solar Physics Division, SPD) της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας (American Astronomical Society, AAS) διοργανώθηκε φέτος στο Πόρτλαντ του Όρεγκον, ώστε οι συμμετέχοντες να έχουν τη δυνατότητα να την παρατηρήσουν ταυτόχρονα με τις εργασίες του συνεδρίου. Επιπλέον μια σειρά επιστημονικές ομάδες εκμεταλλεύτηκαν την ολική έκλειψη προκειμένου να εκτελέσουν σημαντικά πειράματα.
Ηλιακές εκλείψεις και σύγχρονη επιστήμη
Τι μαθαίνουμε όμως από τις ηλιακές εκλείψεις και γιατί προσελκύουν ακόμη το ενδιαφέρον; Διαχρονικά η παρατήρηση των ηλιακών εκλείψεων συνδέεται με τη μελέτη της εκτεταμένης ατμόσφαιρας του Ήλιου, του ηλιακού στέμματος. Μάλιστα η ίδια η ανακάλυψή του οφείλεται στο φαινόμενο αυτό, όπως επίσης μια σειρά πολύ σημαντικά επιστημονικά ευρήματα, τα οποία άλλαξαν σε μεγάλο βαθμό όσα πιστεύαμε μέχρι πριν από περίπου δύο αιώνες για τον Ήλιο.
Ο Ήλιος έχει μια εκτεταμένη ατμόσφαιρα, η οποία δυστυχώς δεν είναι εύκολα ορατή λόγω της πολύ έντονης λάμψης που εκπέμπεται από την «επιφάνειά» του. Η τελευταία ονομάζεται φωτόσφαιρα και είναι το στρώμα του Ήλιου από το οποίο προέρχεται το ορατό φως. Κατά τη διάρκεια των ολικών ηλιακών εκλείψεων ο σεληνιακός δίσκος αποκόπτει το άμεσο ηλιακό φως, με αποτέλεσμα να μπορούμε να παρατηρήσουμε τα ανώτερα, αραιότερα και αμυδρότερα στρώματα της ατμόσφαιράς του.
Όταν Ήλιος και Σελήνη ευθυγραμμιστούν, αμέσως γύρω από τον σκοτεινό δίσκο εμφανίζεται η χρωμόσφαιρα, η οποία έχει τη μορφή κοκκινωπών τμημάτων της περιφέρειας ή/και ακανόνιστων προεξοχών ή κυκλικών τμημάτων. Οι πρώτες αναφορές για τις προεξοχές της χρωμόσφαιρας βρίσκονται στο Λαυρεντιανό Χρονικό και αναφέρονται στην έκλειψη του 1185 μ.Χ. Γύρω από τη χρωμόσφαιρα εμφανίζεται το στέμμα, μια λευκή εκτεταμένη άλως. Η πρώτη καταγεγραμμένη περιγραφή του ηλιακού στέμματος μας έρχεται από τα βυζαντινά χρόνια, όταν ο Λέων ο Διάκονος παρατήρησε την έκλειψη της 22αςΔεκεμβρίου 968 μ.Χ.
Τον 19ο αιώνα οι παρατηρήσεις των εκλείψεων συνδέθηκαν με πολύ σημαντικές ανακαλύψεις οδηγώντας τις εξελίξεις όχι μόνο σε ό,τι αφορά την ηλιακή φυσική και την Αστρονομία, αλλά και τη Φυσική γενικότερα. Στις 18 Ιουλίου 1860 παρατηρήθηκε πρώτη φορά μια εκτίναξη στεμματικής μάζας κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης. Το φαινόμενο αυτό είναι από τα πιο εκρηκτικά της ηλιακής ατμόσφαιρας και κατά τη διάρκειά του εκσφενδονίζονται τεράστιες ποσότητες ύλης στο διάστημα. Η παρατήρηση μιας τέτοιας έκρηξης αποτυπώθηκε σε μαρτυρίες και σκίτσα της εποχής. Ωστόσο δεν δόθηκε ιδιαίτερη σημασία, καθώς δεν παρατηρήθηκε από όλους τους παρατηρητές της έκλειψης.
Παρουσιάζει επίσης ενδιαφέρον το ότι εκείνη την εποχή αναπτύσσονταν τεχνικές φωτογράφισης του στέμματος. Το 1851, με τη βοήθεια μιας τεχνικής γνωστής ως δαγγεροτυπία, είχε απεικονιστεί η έκλειψη της 28ης Ιουλίου, ενώ αυτή της 18ης Ιουλίου του 1860 φωτογραφήθηκε με τη βοήθεια τεχνικών πρόδρομων της σύγχρονης φωτογραφίας. Λόγω των διαφορών που παρουσίαζαν οι μαρτυρίες των διαφόρων παρατηρητών, η αποτύπωση σε φωτογραφία θεωρήθηκε από την πλειονότητα της επιστημονικής κοινότητας της εποχής ως η μόνη αντικειμενική και αξιόπιστη απεικόνιση του φαινομένου.
Αργότερα, το 1868, κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης έγινε μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις του 19ου αιώνα. Οι Lockyer και Janssen παρατήρησαν την εκπομπή φωτός από ένα χημικό στοιχείο που ήταν άγνωστο έως τότε. Το στοιχείο ονομάστηκε «ήλιο» από την ελληνική λέξη «Ήλιος» και το 1895 ανακαλύφθηκε και στο εργαστήριο από τον William Ramsay. Το ήλιο είναι το δεύτερο σε αφθονία στοιχείο στο σύμπαν και παράγεται από τη σύντηξη του υδρογόνου στον πυρήνα των αστεριών (και του Ήλιου).
Μια πολύ σημαντική συνεισφορά στη σύγχρονη Φυσική προήλθε από την ολική έκλειψη του 1919, όταν επιβεβαιώθηκε πειραματικά πρώτη φορά η γενική θεωρία της σχετικότητας. Η επιστημονική ομάδα με επικεφαλής τον Sir Arthur Eddington κατέγραψε τις θέσεις των αστεριών κοντά στον Ήλιο πριν και κατά τη διάρκεια της έκλειψης. Οι διαφορές στις θέσεις τους κατά τη διάρκεια του φαινομένου μπορούσαν να εξηγηθούν με βάση την προβλεπόμενη από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Einstein καμπύλωση της πορείας του φωτός, λόγω της μάζας του Ήλιου.
Προκειμένου να είναι δυνατή η μελέτη του Ήλιου και εκτός εκλείψεων, ο Γάλλος ηλιακός φυσικός Bernard Lyot ανέπτυξε το 1931 τον στεμματογράφο. Το όργανο αυτό μοιάζει με ένα τηλεσκόπιο, αλλά διαθέτει έναν δίσκο ο οποίος αποκρύπτει το άμεσο ηλιακό φως, ώστε να μπορεί να παρατηρεί μόνο το στέμμα. Η λειτουργία αυτού του οργάνου, αν και απλή στη σύλληψή της, απαιτεί εξαιρετική ακρίβεια και λεπτομέρεια στον σχεδιασμό και την κατασκευή, καθώς ακόμη και το ελάχιστο φως από τον ηλιακό δίσκο μπορεί να κάνει την παρατήρηση του στέμματος αδύνατη.
Σήμερα η μελέτη του στέμματος γίνεται κυρίως με τη βοήθεια των στεμματογράφων, τόσο σε επίγεια αστεροσκοπεία όσο και σε παρατηρητήρια που βρίσκονται στο διάστημα. Το διαστημικό παρατηρητήριο SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), προϊόν συνεργασίας μεταξύ της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA) και της NASA, χρησιμοποιεί ένα τέτοιο όργανο παρέχοντάς μας συνεχείς εικόνες του στέμματος τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Με τη βοήθεια του SOHO και άλλων διαστημικών παρατηρητηρίων είμαστε σε θέση πλέον να παρατηρούμε συνεχώς και σχεδόν σε πραγματικό χρόνο το στέμμα και τις εκτινάξεις στεμματικής μάζας.
Παρότι, όμως, η σύγχρονη έρευνα στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό σε παρατηρήσεις από το διάστημα, κατά τη διάρκεια των ηλιακών εκλείψεων μας δίνεται η δυνατότητα να φωτογραφίσουμε το στέμμα με ακόμη καλύτερες κάμερες από αυτές που βρίσκονται εδώ και χρόνια στο διάστημα. Κατά τη διάρκεια της πιο πρόσφατης έκλειψης πολλές ερευνητικές ομάδες είχαν τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουν τα εξειδικευμένα όργανά τους για τη μελέτη του στέμματος.
Οι εκλείψεις και η μελέτη της Γης και των άλλων πλανητών
Με τις ηλιακές εκλείψεις μπορούμε να βγάλουμε χρήσιμα συμπεράσματα όχι μόνο για την ηλιακή ατμόσφαιρα, αλλά και για τη δική μας. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μετεωρολογικά αερόστατα, οι επιστήμονες μέτρησαν τις συνθήκες της ατμόσφαιρας κατά τη διάρκεια του φαινομένου. Σκοπός των μετρήσεων ήταν να μελετηθεί ο τρόπος με τον οποίο ανταποκρίνεται η γήινη ατμόσφαιρα στη ραγδαία μείωση της άμεσης ακτινοβολίας του Ήλιου.
Επιπλέον με ειδικά αερόστατα μεταφέρθηκαν σε ύψος είκοσι πέντε χιλιομέτρων στελέχη βακτηρίων τα οποία θεωρείται ότι θα μπορούσαν να επιβιώσουν στο περιβάλλον του Άρη. Οι συνθήκες σε αυτό το ύψος κατά τη διάρκεια των εκλείψεων είναι παρόμοιες με αυτές που επικρατούν στην επιφάνεια του κόκκινου πλανήτη. Επομένως δόθηκε η ευκαιρία στους επιστήμονες να μελετήσουν τη συμπεριφορά καθώς και τη δυνατότητα των βακτηρίων αυτών να επιβιώνουν σε τέτοιες συνθήκες
Η έκλειψη έδωσε επιπλέον την ευκαιρία να παρατηρηθεί ο πλανήτης Ερμής. Ο μικρότερος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος βρίσκεται τόσο κοντά στον Ήλιο ώστε είναι ορατός από τη Γη πολύ σύντομα μόνο λίγο μετά τη δύση του Ήλιου. Κατά τη διάρκεια της απόκρυψης του ηλιακού δίσκου από τη Σελήνη επιστήμονες χρησιμοποίησαν κατάλληλα όργανα τα οποία θα αποτύπωναν την υπέρυθρη ακτινοβολία προερχόμενη από τη νυχτερινή κυρίως πλευρά του πλανήτη. Με αυτόν τον τρόπο θα κατασκευάσουν θερμικούς χάρτες της επιφάνειάς του με σκοπό να μελετήσουν πρώτη φορά τις ιδιότητες του εδάφους στον πλανήτη σε βάθος μερικών εκατοστών.
Γιατί συμβαίνει μια έκλειψη
Όπως είναι γνωστό, η Σελήνη περιστρέφεται γύρω από τη Γη. Κατά τη διάρκεια μιας ολικής ηλιακής έκλειψης η Σελήνη μας βρίσκεται ακριβώς ανάμεσα στη Γη και τον Ήλιο. Χάρις σε μια πολύ ευτυχή σύμπτωση, η φαινόμενη διάμετρος της Σελήνης (δηλαδή η διάμετρος του δίσκου της, όπως αυτός φαίνεται στον ουρανό) συμπίπτει με αυτή του Ήλιου στο ορατό φως. Αυτό έχει αποτέλεσμα, όταν ο σεληνιακός δίσκος βρίσκεται σε κατάλληλη θέση, να αποκόπτεται όλο το άμεσο φως από τον ηλιακό δίσκο. Οι εκλείψεις του Ήλιου δεν είναι ορατές από ολόκληρο τον πλανήτη, αλλά από συγκεκριμένες περιοχές, τις οποίες κάθε φορά «σαρώνει» η σκιά της Σελήνης ανάλογα με τη σχετική θέση της ως προς τη Γη και τον Ήλιο.
Κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης Ηλίου μπορούμε να δούμε μόνο το φως από τα ανώτερα στρώματα της ηλιακής ατμόσφαιρας, κάτι το οποίο οφείλεται, εν πολλοίς, σε δυο φυσικές διαδικασίες:
● Από τη μια μπορούμε να παρατηρήσουμε την εκπομπή φωτός από ένα λεπτό στρώμα της ηλιακής ατμόσφαιρας, τη χρωμόσφαιρα, ως κοκκινωπή λάμψη που βρίσκεται πολύ κοντά στον ηλιακό δίσκο. Το συγκεκριμένο στρώμα μάλιστα πήρε το όνομά του από αυτήν ακριβώς τη λάμψη, που γίνεται ορατή κατά τη διάρκεια της πλήρους κάλυψης του ηλιακού δίσκου.
● Από την άλλη το ορατό φως της φωτόσφαιρας (της επιφάνειας του Ήλιου) σκεδάζεται (διασκορπίζεται) από το ηλιακό στέμμα. Σε αυτή τη διαδικασία οφείλεται η εμφάνιση του λευκού στεφανιού γύρω από τον ηλιακό δίσκο. Το ασύμμετρο σχήμα του στέμματος προδίδει την επίδραση που έχει ο μαγνητισμός στην ηλιακή ατμόσφαιρα.
Αν ο Ήλιος δεν είχε μαγνητισμό, το στέμμα θα ήταν συμμετρικό και σφαιρικό. Στην πραγματικότητα όμως ποικίλλει ανάλογα με την ηλιακή δραστηριότητα.
