月亮將與太陽和地球交叉的一週，在美國投下陰影。整個國家都在期待著看到日冕 - 太陽的脆弱的外層氣氛的短暫機會。
但對於聖地亞哥一傢俬人研究公司Predictive Science Inc.的一群科學家來說，等待是一種獨特的傷害：他們剛剛發佈了對8月21日，即總日期的日冕情況的預測。日食。他們的預測 - 複雜數值模型的結果和數十小時的計算 - 與真實的東西相比如何？
"等待整體，你確切地知道你所預測的和你所期待的，"Predictive Science研究員ZoranMikić說。"因為你如此多地使用模型並且多次看到預測，它會被燒入大腦。有很多焦慮，因為如果你完全錯了，那就有點尷尬了。"
Predictive Science Inc.開發了一個數值模型，模擬了2017年8月21日全日食期間日冕的樣子。單擊並拖動滑塊以比較從日全食（左）拍攝的照片生成的合成圖像與模型的預測（右）。
Predictive Science的研究人員利用美國宇航局太陽動力學觀測站（SDO）的數據開發了一個模擬日冕的模型。他們的模型使用太陽表面磁場的測量來預測磁場如何塑造電暈。他們的工作得到了美國宇航局，國家科學基金會和空軍科學研究辦公室的支持。Mikić是一篇總結他們作品的論文的主要作者，並於2018年8月27日在Nature Astronomy上發表。
日冕科學深深植根於全食史; 即使採用最先進的技術，只有在日全食期間，科學家才能解決日冕的最低區域，就在太陽表面之上。這個充滿活力的太陽大氣部分帶有複雜的磁場，為耀斑和日冕物質拋射等巨大火山爆發提供能量。
由於來自太陽爆發的粒子和輻射從太陽出來，它們可以表現為近地空間的干擾，稱為太空天氣。就像我們在地球上遇到的天氣一樣，空間天氣會擾亂通信信號，軌道上的宇航員和衛星，甚至是電網。
預測和預測空間天氣的能力 - 就像我們做地球天氣一樣 - 對減輕這些影響至關重要，而Predictive Science等模型是這項工作的關鍵工具。
日食為研究人員提供了測試模型的獨特機會。通過將模型的日冕預測與日食期間的觀測結果進行比較，他們可以評估和改善模型的性能。
Predictive Science團隊用於2017年8月日食的模型是他們在20年的日食預測中最複雜的模型。
更高的複雜性需要更多的計算時間，每次模擬都需要數千個處理器，並且需要大約兩天的實時時間才能完成。該研究小組在幾臺超級計算機上運行他們的模型，包括德克薩斯大學奧斯汀分校德克薩斯高級計算機中心的設施; 加州大學聖地亞哥分校聖地亞哥超級計算機中心; 位於加利福尼亞州硅谷的艾姆斯研究中心的NASA高級超級計算機工廠的Pleiades超級計算機 。
除了SDO的太陽磁場地圖之外，該模型還使用了SDO對突出物的觀察 - 蛇形結構由冷卻，密集的太陽能材料製成，從太陽表面突出。突出物形成於磁場的受壓部分，在那裡它被扭曲成繩索並且如果過度則能夠爆發。
研究人員還包括了日冕加熱的新計算。我們還不知道日冕是如何在200萬華氏度以上燃燒的，而在距離僅僅1000英里的地方，下面的表面會在10,000華氏度的溫度下醞釀。一種理論提出了從太陽的翻騰表面發射的電磁波 - 稱為阿爾法波。進入日冕，加熱粒子向外傳播，有點像海浪如何推動衝浪者向岸邊加速。
通過考慮突出和這些微小但多次的波浪，科學家們希望能夠繪製出日益詳細的電暈複雜行為的描述。
在日食之後，該小組發現他們的預測與2017年8月21日的日冕有著驚人的相似之處，儘管該模型缺乏許多更精細的結構。預測和日食拍攝的地面照片都顯示了三個頭盔飄帶 - 巨大的花瓣狀結構，形成一個磁環網絡。比較的優勢支持新模型的進步。
科學家們一直都知道突出的扭曲磁場是太陽的一個重要組成部分，但該團隊早期的模型並不夠複雜，無法反映出來。加熱電暈的波浪也是如此。"在某種意義上，模型的表現告訴我們新的加熱模型正朝著正確的方向前進，"Mikić說。"它肯定會顯示出改善的結果。我們應該進一步追求和完善它。"
在日食預測的業務中，當太陽安靜或不太活躍時，它會有所幫助。2017年8月，太陽處於一個如此平靜的階段，在其大約11年的週期中穩步走向低太陽活動期。
科學家用他們在太陽面向地球一側收集的磁場數據為他們的模型提供了前27天 - 太陽完成一次完整旋轉的時間 - 因為他們目前沒有辦法觀察整個球形太陽能一下子浮出水面。通過這種方法，在27天開始時進行的測量 - 從太陽表面的部分隨後向後旋轉到不再可見的地方 - 比最後拍攝的部分更容易過時。但是在太陽活動減少的時候，磁場不會很快改變，所以即使是27天的數據也是如此。
預測和觀測之間的一個差異是一個更薄的特徵，稱為偽消聲器，從太陽的右上方噴出。研究人員確定他們的模型錯過了假消聲器，因為在數據收集過程中磁場在特定區域發生了變化。Mikić說，不同模型的預測成功地捕獲了這個假消聲器，因為它似乎在那裡更準確地估計了磁場。
"我從這裡拿走的最重要的事情就是他們有一個看起來不錯的複雜模型，但他們受到觀察的限制，"美國宇航局位於馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的太陽能科學家亞歷克斯楊說。沒有參與這項研究。"模型遺漏的是太陽變化的問題，如果沒有足夠的正確位置觀察，這是他們無法處理的事情。"
測試這樣的模型如此徹底地支持了這樣一種觀點，即通過更多的數據和不同的有利位置，科學家們可以更好地計算太陽的更精細的動態 - 並最終提高他們預測可能干擾太空技術和宇航員的空間天氣事件的能力。
在2018年8月12日的全日食期間數百萬瞥見日冕後不到一年，美國宇航局發射了，實際上飛過日冕，比以前任何太空船都更接近太陽。
帕克太陽探測器將從日冕本身發回地球觀測，研究人員可以將其添加到他們的模型中，填補日冕複雜物理學中的重要知識空白。
米基奇說，像他們這樣的模型可以通過將航天器穿越日冕的旅程置於語境中來補充任務。科學家從未使用過如此接近太陽的數據。通過對整個日冕進行建模 - 更大的圖景 - 研究人員將為帕克的環境提供關鍵視角，因為它進入了完全未開發的領域。
華盛頓美國宇航局總部的助理行政官托馬斯·佐伯琴說："對於帕克太陽能探測器和日食來說，這是一項令人驚歎的科學，它有一個共同的目的。" "除了科學，這是關於真正提高我們對預測太空天氣的理解和能力，這是我們在NASA可以產生的重大影響。"
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