Den 21 augusti 2017 kastade månen en tillfällig skugga över ett brett stycke av USA. Händelsen sträckte sig över 14 stater och varade i upp till två minuter och 41 sekunder på valfri plats. Många områden störtades i kort, totalt mörker på dagen. Andra upplevde en subtil, timslång delvis dämpning av solen.
Förklarare: Förmörkelser finns i många former
Medan miljontals människor längs förmörkelsevägen såg på i vördnad, gick kadrer av vetenskapsmän till jobbet. Månen minskade – och på vissa ställen utplånade – värmande strålar från den ungefär middagssolen. Vissa forskare letade efter att logga lokala väderförändringar. Inte överraskande, rapporterar forskare nu, producerade förmörkelsen en lokal kortvarig nedkylning längs dess väg.
Men det var inte allt.
Vindhastigheterna förändrades. Några moln avdunstade i den abrupta avkylningen. Sammantaget gav det sällsynta spektaklet massor av användbar data till forskare som försöker bättre förstå hur jordklotet reagerar när solens ljus försvinner en kort stund.
De mest lättmätbara förändringarna var fall i lufttemperaturer på jordens yta.
Kentucky State Mesonet är ett nätverk av 68 automatiserade väderstationer. De sträcker sig över staten. Dessa stationer mätte temperatur, vindar och solljusintensitet var tredje sekund under hela förmörkelsen .
Stationen i Hopkinsville föll i mitten av skuggans väg. Det fick känna förmörkelsens fulla nedslag. Totaliteten är den korta, spektakulära händelsen där solens strålar är helt blockerade och nej solljus når marken. Tio minuter efter att helheten hade upphört i Hopkinsville hade luften svalnat med 4,4 grader Celsius (8 grader Fahrenheit). Det skulle ta ytterligare 75 minuter att värma upp igen.
Berättelsen fortsätter under diagrammet.
Ett spår av temperaturen och infallande solstrålning på vardera sidan av helheten i Hopkinsville, Ky, visar ett stort fall orsakat av förmörkelsen.
Kentucky State Mesonet/Western Kentucky University
Som dessa data visar, tenderar temperaturfallet att släpa efter månens skuggning med flera minuter. Det beror på hur luften värms upp. Solen värmer inte luften. Istället strålar den ut energi som värmer marken. Den uppvärmda jorden värmer snart upp luften omedelbart ovanför den. Kort därefter kommer ytluften att flytta värmen — genom en process som kallas konvektion
— upp i atmosfären. Hela denna process tar några minuter. Det är därför det maximala temperaturfallet inte inträffar vid punkten för maximal skugga.
I torrt klimat kan den plötsliga nedkylningen från en förmörkelse vara ännu mer dramatisk.
Femton sekunder innan totaliteten i Alliance, Neb., har månen nästan utplånat solen.
Dan Satterfield är chefsmeteorolog vid WBOC-TV i Salisbury, Md. Han reste till Alliance, Neb. , för att se förmörkelsen. Där noterade han en minskning av lufttemperaturen med 5 grader C (9 grader F). “Det var lite mer än jag förväntade mig faktiskt”, minns han nu. “Men sedan insåg jag att vi var på över 4 000 fot höjd.”
Luften tenderar att vara torrare på högre höjder. Den kallare luften, högre upp, kan hålla mindre vatten. Vatten tar lång tid att få eller tappa värme, påpekar Satterfield. Luft på egen hand kan dock inte hålla på värmen särskilt effektivt. Torr luft tappar mycket värme så fort solen är borta. Det betyder att torrare luft kan se snabbare och mer dramatisk uppvärmning och avkylning.
Detta förklarar varför förmörkelsedrivna temperatursvängningar kan vara riktigt dramatiska i mycket torr luft. Som Lusaka i Zambia. Denna torra huvudstad i södra Centralafrika såg en total solförmörkelse den 21 juni 2001. Den händelsen medförde en kort temperatursänkning på 8,3 grader C (15 grader F).
Vändande vindar och molntäcke
Forskare mäter mängden inkommande solljus i
watt per kvadratmeter . Ett typiskt värde skulle vara cirka 800 W/m&³2;. På platser i vägen för förra årets totala förmörkelse sjönk siffran kort till noll. Förvirrade fåglar återvände till sina sovplatser. Syrsor började kvittra när de trodde att natten hade kommit tidigt.
Denna gif, från en simulering, visar förändringar i solstrålningen när förmörkelsen passerade över USA. Mörkblå områden indikerar mörker från både förmörkelsen och molntäcket.
NOAA/ESRL/GSD/CIRES Joe Olson, Michael Toy och Jaymes Kenyon; NCAR/MMM – Wei Wang, Jimy Dudhia, Dave Gill Alex Montornes, Univ. av Barcelona
Och på vissa platser, en sval bris blåste in från väster. Det var därifrån månens skugga svepte in. Detta snabba falska nattfall på sina ställen vräkte upp luftströmmar. Många forskare rapporterade att de kände en “förmörkelsevind” – något som har nämnts i folklore i evigheter. Forskare analyserar fortfarande data, men de noterade ett abrupt vindskifte som föll i spåren av skuggans passage.
Ibland händer dock motsatsen: En total solförmörkelse kan medföra att vindarna lugnar sig. Det är vad Suzanne Gray och Giles Harrison rapporterade för två år sedan i Proceedings of the Royal Society A.
Dessa forskningsmeteorologer arbetar i England vid University of Reading. De studerade en total förmörkelse över de brittiska öarna den 20 mars 2015. Och deras data visade att vindhastigheterna inte steg. De tappade.
Också molnen kan påverkas.
Vita, svullna sommarmoln prickar ofta eftermiddagshimlen. Men under 2017 års solförmörkelse försvann dessa nästan över stora delar av USA. Forskare på många platser kartlade vad som hände. Sedan jämförde de dessa data med vad datorprogram hade förutspått.
Först, dessa prognoser: Dagarna före förmörkelsen hade forskare varit igång
datormodeller — program för att projicera vad som kan hända. Varje körning av datorprogrammet hade baserats på det förväntade vädret och förmörkelseskuggorna. Datormodeller vet hur lufttemperaturen reagerar på mängden solljus som kommer in. Även om forskarna visste att solen skulle blockeras, var de tvungna att förlita sig på datormodeller för att förutsäga hur detta kan påverka temperaturen.
Förklarare: Vad är en datormodell
US National Weather Service använder en datormodell för detta. Den är känd som HRRRX-modellen (High Resolution Rapid Refresh Experimental). Meteorologer kör den en gång i timmen och matar den med ständigt uppdaterad data. Genom att alltid återspegla de senaste förhållandena, anser forskarna att det är det mest exakta verktyget i USA för att förutsäga väder.
När månen helt blockerar solen under det korta fönstret av helheten, kommer de mjölkvita hårliknande silvriga rankorna i korona solens atmosfär – framträda i sin fulla glans. En solförmörkelse är den enda tiden då koronan är synlig, så forskare har bara kanske några minuter varje decennium på sig att göra observationer och genomföra experiment!
Astronomer gjorde beräkningar av hur mycket solen skulle dämpas . Sedan skickade de denna information till programmerare för att mata in i modellkörningarna dagarna före förmörkelsen. Visserligen har kortdistansvädermodeller nu justerats för att inkludera alla förmörkelser fram till år 2050. Innan detta hade vädermodeller ignorerat vilken förmörkelse som helst.
En spektakulär bild från Earth Systems Research Laboratory i Boulder, Colorado, visar skillnaden i vad modellen hade förutspått före och efter uppdateringen. Den ursprungliga versionen av HRRR och andra modeller hade förutspått ett stort åskväderkluster – känt som ett komplex – att mullra genom Nebraska på solförmörkelsedagen. Det hände aldrig, tack vare solens dämpning. Och den nyligen tweakade HRRRX-modellen hade varnat för att detta kanske inte skulle inträffa.
Vad som verkar ha hänt är att solförmörkelsens skarpa avstängning av solljus hindrade det mesta av ytluft från att stiga. Detta stoppade updrafts. Dessa är fickor med luft som bubblar uppåt. Normalt matar dessa uppströmmar de pösiga cumulus molnen som kan dyka upp i värmen dagen.
Från marken rapporterade människor på många ställen att de såg molnen tunnas något innan förmörkelsen nådde sin helhet. Med andra ord, när det inkommande solljuset krympte, minskade också massan av molnen.