homepage
zonsverduistering
homepage
ksb-orb

Wetenschappelijke projecten


Frédéric Clette
Koninklijke Sterrenwacht van België
Ringlaan 3
1180 Brussel

Een zeldzame kans op een uitzonderlijk schouwspel

Nog maar enkele maanden scheiden ons van het moment waarop er zich boven een deel van België een volledige zonsverduistering zal voordoen. Een dergelijke zonsverduistering doet zich weliswaar ongeveer twee keer per drie jaar voor, maar om er één mee te maken moet men meestal naar het andere eind van de wereld reizen. Voor een vaste plaats op aarde bedraagt de gemiddelde tijd tussen twee zonsverduisteringen ongeveer 370 jaar. Men kan dan ook voor België en voor Europa in het algemeen, terecht spreken van "het jaar van de zonsverduistering".

Inderdaad, de laatste volledige zonsverduistering in België dateert van 1433 en er zullen opnieuw zes generaties overheen gaan voordat weer een volledige zonsverduistering zal plaatsvinden. Zelfs als men geen bezwaar heeft om 2000 km binnen Europa te reizen (wat in de toekomst het geval zou kunnen zijn), dateert de laatste eclips "in de buurt" toch van 1961 en de volgende zal pas in 2081 zijn. Het bijwonen van een totale zonsverduistering is op de tijdsduur van een mensenleven dan ook doorgaans een unieke belevenis.

De invloed van een totale zonsverduistering

De zonsverduistering van dit jaar is niet zozeer opmerkelijk vanwege de tijdsduur (slechts 2 minuten 15 seconden, terwijl de maximale duur meer dan 7 minuten kan bedragen), maar wel vanwege de locatie: één van de dichtstbevolkte delen van de wereld, inclusief een aantal grote steden als Stuttgart, München en Boekarest. Een grote belangstelling van het grote publiek mag dus verwacht worden, en deze zal leiden tot een massale migratie van ééndagstoeristen naar de totaliteitszone. Vandaar dat er naast voorbereidingen op wetenschappelijke vlak, ook de nodige logistieke voorbereiding moet getroffen worden door civiele, openbare, privé en zelfs militaire instellingen. Men moet het publiek voorlichten over de aard van het verschijnsel, de datum en het tijdstip, de noodzaak om de ogen te beschermen en over de weersomstandigheden. Passende maatregelen moeten bovendien genomen worden op het vlak van logeermogelijkheden en horeca binnen het totaal verduisterde gebied, men moet rekening houden met verkeersopstoppingen op de toegangswegen tot dit gebied, en men moet voorzien zijn op één uur duisternis bij volle dag (instellen van de verlichting, piek in het elektriciteitsverbruik). Dit alles kan een tijdelijke verstoring van het economisch en sociaal leven teweegbrengen (werkonderbreking, groepen mensen die verlofdagen opnemen).

De tot nu toe meest opmerkelijke waarschuwing kwam van de dienst Volksgezondheid van Cornwall in Engeland: zij liet vorig jaar in november de bevolking via de media weten dat vrouwen in die maand maar beter niet zwanger konden worden. Dit zou immers het risico meebrengen dat ze zouden bevallen op de dag van de zonsverduistering, wanneer het door de verkeersopstoppingen uiterst moeilijk en onzeker zou zijn om het ziekenhuis te bereiken. Gelukkig zal een dergelijke situatie zich in België niet voordoen, tenzij in mindere mate rond Virton en Aarlen.

Het is belangrijk om te weten dat een dergelijke zonsverduistering in niets lijkt op andere toch ook indrukwekkende astronomische verschijnselen die zich "ergens daarboven" voortdurend afspelen. Een totale zonsverduistering voltrekt zich namelijk evenzeer aan de hemel als op Aarde en de waarnemer wordt opgenomen in het verschijnsel dat hem omringt, en dat midden op de dag. Dit maakt dat iemand die er niet op voorbereid is zich plotseling in het middelpunt van een gebeurtenis bevindt die hij nooit eerder heeft meegemaakt. De reacties kunnen zeer uiteenlopend zijn en gaan tot en met hysterie of paniek. Zonsverduisteringen hebben diepe sporen nagelaten in belangrijke perioden van de geschiedenis of in de godsdienstige gedachtewereld. Alle zintuigen worden geprikkeld: niet alleen door het kosmische aanblik die de corona rond de zon biedt en door de hemel die vervuld raakt van de reusachtige schaduw van de maan, maar ook door het omringende geluid (ongewoon gedrag van dieren en mensen) en wat men voelt (snelle daling van de temperatuur, wind, enz.). Dit alles leidt tot de gewaarwording dat men deel heeft aan een onwezenlijk verschijnsel. Het is dus van belang dat er bewust rekening gehouden wordt met irrationele gedragingen die zich tijdens een zonsverduistering zonder uitzondering voordoen bij een deel van de bevolking die ermee te maken krijgt. Dit geldt ook voor onze zogenaamde "moderne" wereld.

De rol van de Koninklijke Sterrenwacht ten aanzien van het publiek

In dit verband is er dus een belangrijke rol weggelegd voor de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB). Het voorlichten van het publiek is iets waar de astronomen zich al maandenlang op voorbereiden. Gezien het uitzonderlijke van deze gebeurtenis echter, is ons instituut niet bij machte om aan alle individuele verzoeken om informatie te voldoen. Wij stellen ons dus tot doel om geschikte en betrouwbare informatie te verzamelen en die te verspreiden. Die informatie is enerzijds gericht op het publiek via een reeks publicaties en een website, en anderzijds op officiële instanties van overheid en privé, waarvoor de kans bestaat dat hun activiteiten beïnvloed of verstoord worden door deze uitzonderlijke gebeurtenis. Men dient zich er namelijk van bewust te zijn dat vanwege de zeldzaamheid van het verschijnsel, heel veel vooroordelen of misvattingen de ronde doen. Die misvattingen bestaan in alle lagen van de bevolking, onafhankelijk van hun eventuele wetenschappelijk bagage. Dit kan leiden tot ongepaste en zelfs gevaarlijke beslissingen (bescherming van de ogen, bij voorbeeld). Naast het bieden van dit gespecialiseerde referentiekader heeft de KSB met genoegen geconstateerd dat verschillende groepen amateur-astronomen bezig zijn met het populariseren van de informatie in de vorm van populair-wetenschappelijke boeken, artikelen en rondreizende lezingen. Voor de dag van de zonsverduistering zelf organiseren ze begeleide waarnemingssessies op voor het publiek toegankelijke plaatsen. Publicaties die de Sterrenwacht ter beschikking heeft vermelden verschillende contactadressen en er zullen, naarmate het grote tijdstip nadert, zeker nog andere activiteiten aangekondigd worden.

Het wetenschappelijk programma

Alhoewel de Sterrenwacht reeds lang een wetenschappelijk waarnemingsprogramma heeft voor zonsverduisteringen, biedt de uitzonderlijke nabijheid van de volgende totale zonsverduistering een unieke gelegenheid om ambitieuzere experimenten te ontwikkelen, waarbij gebruik gemaakt wordt van zwaardere instrumenten, die doorgaans niet vervoerd kunnen worden naar verre streken. Deze uitzonderlijke omstandigheden hebben onderzoeksgroepen aan andere instituten, voor wie de bestudering van een zonsverduistering een totaal nieuwe ervaring is, eveneens geïnspireerd tot volkomen nieuwe projecten.

De corona van de zon:

Voor de afdeling Zonnefysica wordt deze zonsverduistering de 7de sinds 1973, die zij zal toevoegen aan het programma dat zich bezighoudt met het in kaart brengen van de verdeling van vrije elektronen in de corona, wat het voornaamste is wat men ziet bij zonsverduisteringen. In dit geval zullen er twee ver van elkaar verwijderde stations (in Frankrijk en Roemenië) worden opgesteld en bij die gelegenheid zal een nieuw camerasysteem, dat normaal vast bevestigd is op de zonnetelescopen in Ukkel, verplaatst worden naar de totaliteitszone. Samen met de ruimtegegevens van de SOHO-satelliet zullen de beelden gebruikt worden voor de bestudering van het gemagnetiseerd plasma waaruit de corona bestaat en van de constante vernieuwing gedurende de welbekende cyclus van 11 jaar.

Meteorologie en gravimetrie:

Alle andere projecten die ontwikkeld worden door de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB), het Koninklijk Meteorologisch Instituut (KMI) en het Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA) hebben betrekking op de vele effecten die de zonsverduistering heeft op het aardse milieu en begeven zich op onderzoeksgebieden die tot op heden vrijwel onontgonnen waren.

Wat de lage atmosfeer (troposfeer) betreft, is de Afdeling Geofysica (KSB) van plan de analyse te herhalen van de reactie van de aardse atmosfeer op het plotseling voorbij trekken van de schaduw van de maan. Dit experiment werd al een keer met succes uitgevoerd in Brazilië in 1994, maar nu is er sprake van een uitgebreid netwerk van Europese stations. Aangezien één van de permanente gravimetriestations van de KSB zich toevallig in de baan van de zonsverduistering bevindt (Zuid-Luxemburg), wordt deze gelegenheid bovendien aangegrepen om meer kennis op te doen over de geofysische effecten (gravimetrische effecten van drukgolven die ontstaan in het kielzog van de schaduw). Bij het KMI gebruikt men natuurlijk het automatische meteorologisch station om de schommelingen te bestuderen van de voornaamste atmosferische parameters aan de grond in gevolge van de verminderde zonnestralen (de verwachte temperatuursdaling bedraagt 8 tot 10°C). Dit experiment werd reeds uitgevoerd tijdens verschillende zonsverduisteringen en zal geplaatst worden in het noorden van Frankrijk. Daarnaast zal de modulatie van het zonnespectrum als functie van golflengte in verschillende stations van het Belgische synoptische netwerk nauwlettend in het oog gehouden worden om de stralingsbalans op de grond vast te stellen voor de verschillende fasen van de gedeeltelijke zonsverduistering.

Aëronomie:

Een plotselinge verandering van de straling van de zon doet zich ook voor bij de kortere golflengtes (UV- en X-stralen) die voornamelijk afkomstig zijn uit de lage corona. Deze "harde" straling heeft direct zijn invloed op de fotochemische evenwichten in de hoge atmosfeer van de aarde (moleculen die slechts in kleine hoeveelheden voorkomen en stratosferische ozon) en op het vrijkomen van elektronen in de ionosfeer (geïoniseerde lagen de verspreiding van radiosignalen over lange afstand beinvloeden). Dit is de reden waarom de vervorming van de GPS (Global Positioning System) signalen die de Belgische stations (KSB) ontvangen, gemeten zullen worden om zo de ionisatie-evenwichten in de ionosfeer te analyseren. Door gebruik te maken van het feit dat het station van Dourbes (KMI) zich in de buurt bevindt van de totaliteitszone, zal er door deze stations ook gepeild worden naar de kolomdichtheid van de elektronen in de ionosfeer. Hier zullen tevens de schommelingen in de tijd van het aardse magnetisch veld en de modulatie die gepaard gaat met de hoeveelheid kosmische stralen bijgehouden worden om te zien hoe ze samenhangen met het voorbijtrekken van de schaduw van de maan.

Het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA-IASB) zal de invloed van de zonsverduistering op de zonnestraling en de chemie van de atmosfeer bestuderen door waarnemingen van op de grond. Een automatisch meetstation zal metingen verrichten in zowel smalle golflengtegebieden als in geïntegreerde spectrale gebieden, van de verstrooide en de rechtstreekse zonnestraling tussen 280 en 600 nm. Gedurende de zonsverduistering zal de cadans van de opname der gegevens opgevoerd worden tot een frequentie van één meting per seconde. Dit zal dan toelaten om met een hoge tijdsresolutie de kinematica te bepalen van de variaties van de zonnestraling als functie van het percentage van de zonneschijf dat bedekt is. Het BIRA-IASB beschikt ook over een mobiel station voor metingen van de samenstelling van de atmosfeer, gebaseerd op het principe van de Differentiële Spectroscopische Absorptie (DOAS). Dit station zou kunnen in werking gesteld worden in Ukkel of op het traject van de zonsverduistering om een meting uit te voeren van de veranderingen veroorzaakt door de zonsverduistering in de samenstelling van de atmosfeer. De bestudeerde bestanddelen zijn moleculen met een korte levensduur zoals stikstofdioxide en stikstoftrioxide waarvan het fotochemisch evenwicht zou kunnen verstoord worden gedurende de tijdsduur van de zonsverduistering (enkele minuten).

De natuur helpt een handje:

Kortom, de invloed van een zonsverduistering op de aardse omgeving zal zelden nauwlettender geanalyseerd zijn met een zo groot aantal hoogtechnologische instrumenten verspreid over heel Europa. Het belang van dit onderzoek gaat veel verder dan het exotische gegeven van totale zonsverduisteringen. De verplaatsing met supersonische snelheid (bijna 3000 km/uur) van een schaduw van ongeveer 120 km doorsnee brengt een lokale ingreep op de aardse omgeving teweeg, die zeer plots, zelfs bijna ogenblikkelijk, is in vergelijking met de gebruikelijke dagelijkse cyclus. Deze uitzonderlijke gebeurtenis zal ons vast meer inzicht geven in de complexe verbanden die de gewone evolutie van onze omgeving bepalen. De omvang van de atmosfeer maakt dat het voor de mens onmogelijk is om op grote schaal experimenten uit te voeren. Door een speling van de natuur in de vorm van deze zonsverduistering echter, krijgen we een gelegenheid geboden, die maximaal benut moet worden.

Polarimetrie van de corona

F. Clette, J.-R. Gabryl, P. Cugnon
Departement Zonnefysica van de Koninklijke Sterrenwacht van België
Ringlaan 3
1180 Brussel

Welke waarnemingen gaan we doen ?

Ondanks de ontwikkelingen van de waarnemingstechnieken in de ruimte bieden totale zonsverduisteringen momenteel nog steeds de enige gelegenheid om bepaalde waarnemingen te doen van de buitenste atmosfeer van de zon. Het experiment van het team van het departement Zonnefysica van de KSB biedt de mogelijkheid om vast te stellen wat de dichtheid is van vrije elektronen. Deze vormen samen met de protonen het voornaamste bestanddeel van het coronaal plasma, 1 tot 3 zonnestralen boven de rand van de zon. Dit gebied, dat uiterst belangrijk is, maar onvoldoende bestreken wordt met andere technieken, wordt momenteel beschouwd als de plaats waar de zonnewind ontstaat. De zonnewind is de uitstroom van het zonneplasma dat alle planeten waaronder de aarde, omringt en dat invloed uitoefent op deze planeten.

De meting van de elektronendichtheid en van zijn ruimtelijke structuur vormt één van de basisgegevens voor het maken van een model voor de fysische processen bij extreem hoge temperaturen (meer dan 1 miljoen graden) en voor de versnelling van het coronaal plasma. Deze analyse levert als bijproduct gegevens voor de kalibratie van de in ruimtesondes aangebrachte instrumenten, in het bijzonder de SOHO-missie waar het Departement Zonnefysica aan deelneemt (EIT-experiment).

Basisprincipe van het experiment

Om het licht verspreid door de vrije elektronen te kunnen onderscheiden van het licht dat niet van de zon afkomstig is, maar van interplanetaire stofdeeltjes en de aardse atmosfeer, is het instrument uitgerust met een roterende polarisatiefilter. Door analyse van een aantal beelden gemaakt bij een reeks verschillende standen van de polarisator wordt het mogelijk om de "echte" corona veroorzaakt door de elektronen te isoleren; dat licht is namelijk gepolariseerd terwijl de andere, niet gepolariseerde, bronnen worden tegengehouden. De polarisatiegraad geeft bovendien een aanduiding hoe de elektronen in de diepte verdeeld zijn, waardoor het uiteindelijk mogelijk wordt de globale spreiding van elektronen in de drie-dimensionele ruimte te reconstrueren.

Een lange voorgeschiedenis

De campagne van augustus 1999 maakt onderdeel uit van een langdurig onderzoeksprogramma dat van start ging bij de eclips van 1973 en dat werd verdergezet met 6 totale zonsverduisteringen (1973, 1980, 1983, 1991, 1994, 1998), met slechts één poging in 1976 die mislukte door bewolking. Samen geven alle beelden waar men reeds over beschikt, een redelijk uniek overzicht van de evolutie in de morfologie van de corona. Hierin is de opbouw van de magnetische velden van de zon zichtbaar, die voortdurend verandert tijdens de cyclus van zonne-aktiviteit, die een periode van ongeveer 11 jaar beslaat.

De opstelling voor 11 augustus 1999

Bij het basisexperiment, dat sinds 1973 eigenlijk onveranderd is gebleven, wordt er gebruik gemaakt van een kleine fotografische kijker met een polarisatiefilter met 3 of 6 standen. De eenvoud van deze opstelling garandeert de betrouwbaarheid ervan. Daarom wordt dit experiment voortgezet en ook omdat de continuïteit op lange termijn verzekerd is vanwege alle zonsverduisteringen andere van dit programma waar het werd gebruikt.

Er worden twee waarnemingsstations ingericht op ver van elkaar verwijderde plaatsen (Noord-Oost Frankrijk en het midden van Roemenië) om meer kans te hebben de corona waar te nemen bij een wolkenloze hemel en ook om alle veranderingen te kunnen bestuderen in de corona gedurende het tijdsverschil dat optreedt tussen de zonsverduistering op de beide plaatsen (ongeveer 30 minuten).

Behalve het fotografische experiment zal een ingewikkelder instrument, dat weliswaar is uitgerust met hetzelfde polarimetrische procédé, in de beide stations digitale beelden leveren van de corona. Door CCD-camera's (siliciummatrix) hebben deze instrumenten het vermogen in slechts twee minuten (de totale verduistering zal immers kort zijn) een honderdtal beelden te registreren, wat dus meer is dan wat reeds met succes verzameld werd bij de langste zonsverduisteringen van 1991, 1994 en 1998. Deze gegevens die onmiddellijk verwerkt kunnen worden en waar dus geen fotografie meer aan te pas komt, maken een preciezere en meer gedetailleerde analyse mogelijk van de straling die de corona verspreidt in het zichtbare licht en het nabije infrarood.

Waarneemproject voor de effecten die de totale zonsverduistering op 11 augustus 1999 heeft op de atmosferische druk en de zwaartekracht.

M. van Ruymbeke, B. Ducarme en A. Somerhausen
Koninklijke Sterrenwacht van België
Ringlaan 3
1180 Brussel

Inleiding

Al sedert jaren bestudeert de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) de schommelingen in het zwaartekrachtveld aan het oppervlak van de aarde. Er wordt rekening gehouden met effecten die de metingen verstoren en dan vooral met de schommelingen in atmosferische druk. Dankzij de nauwkeurigheid van de moderne gravimeters moet het mogelijk zijn zekerheid te krijgen over bepaalde effecten op de atmosferische druk veroorzaakt door het voorbijkomen van de schaduw van de maan. De kans bestaat dat deze schommelingen ook kunnen aangetoond worden via een netwerk van barometerstations. Tijdens de zonsverduistering van 11 augustus 1999 wordt van beide mogelijkheden gebruik gemaakt.

Wetenschappelijke doelstellingen

Het voorbijkomen van een schaduw van ongeveer 120 kilometer doorsnee, die zich verplaatst met een snelheid van ongeveer 2.000 kilometer per uur verstoort het atmosferisch evenwicht. Gedurende de 160 minuten vanaf het eerste contact tot het einde van de zonsverduistering zal de luchtkolom afkoelen. Gedurende ongeveer 10 minuten zal de lichtintensiteit met meer dan 96 % afgenomen zijn. De totaliteit zal het meest spectaculaire onderdeel zijn voor het grote aantal toeschouwers dat gedurende meer dan 2 minuten totale duisternis ervaart ; de effecten die voor ons van belang zijn zullen veel langer duren. De wijziging van het atmosferisch evenwicht kan tot uiting komen in zowel onmiddellijke effecten als in effecten die langere tijd gaan duren en op grotere afstand voelbaar zijn.

Als vergelijking nemen we de gevolgen van het voorbijvaren van een boot op een meer. Rond die boot is te zien wat het varen teweegbrengt en lang daarna zijn nog de rimpelingen te zien die zich voortzetten over het wateroppervlak. Het in beweging brengen van het water heeft karakteristieke kenmerken. Naar gelang de boot met een snelheid vaart die hoger of lager is dan de rimpeling van het water, zal er al dan niet een schokgolf ontstaan. Bij de zonsverduistering heeft de schaduw een supersonische snelheid en zal men een thermische schokgolf waarnemen. De drukgolven die zich over grote afstand kunnen verspreiden, gaan veel langzamer over het traject van de zonsverduistering. Er zal dan een eventuele correlatie worden vastgesteld tussen de schommelingen in de lichtintensiteit en de resulterende effecten (schommelingen in de druk, temperatuur, relatieve vochtigheid, pluviometrie, zwaartekracht) die aanwezig zijn in de signalen die tijdens de zonsverduistering worden geregistreerd door diverse instrumenten behorend tot ons netwerk. Onze waarnemingsmethoden zijn tot stand gekomen tijdens de zonsverduisteringen van 11 juli 1991 in Mexico en van 3 november 1994 in Zuid-Amerika (Brazilië).

Onze ervaringen in Mexico en Brazilië

Ten tijde van de eclips in 1991 werd er een gravimeter van de Koninklijke Sterrenwacht van België opgesteld bij de Universiteit van Mexico en daar kon worden vastgesteld dat er sprake was van abnormale druk op het instrument. Maar voldoende nauwkeurige meteorologische gegevens voor de interpretatie hiervan ontbraken. In 1994 in Brazilië werd dit probleem verholpen door de installatie van een waarnemingsnetwerk in het gebied rond Pato Branco in de streek van Parana in het zuiden van Brazilië. In het centrale station registreerden twee gravimeters de veranderingen in de zwaartekracht. De twee klimatologische sondes die ook tot de uitrusting van het station behoorden bestonden uit twee precisie-barografen en sondes voor lichtsterkte, temperatuur en vochtigheid. De drie op ongeveer 2 5 km geplaatste stations waren uitgerust met dezelfde sondes. De registratiesnelheid bedroeg één meting per minuut. De in Brazilië opgedane ervaring is zeer nuttig bij de voorbereiding van het project voor de zonsverduistering van 11 augustus 1999 in Europa.

De organisatie van het project

Bij dit project zal er gebruik gemaakt worden van de twee eerder genoemde methodes. De gravimetrische stations worden opgesteld in de buurt van de centraliteitslijn in het noorden van Frankrijk. De barometrische stations worden naast de gravimeters geplaatst en op plaatsen aan beide kanten loodrecht op de centraliteitslijn tot op een afstand van 300 km. Waarnemingen worden verzameld over een periode van twee maanden voor en na de zonsverduistering. De waarnemingsplaatsen zullen gespreid worden in functie van het voornaamste wetenschappelijk doel, namelijk het optekenen van drukgolven die door de zonsverduistering in de aardatmosfeer worden opgewekt. Het tweede doel is het bestuderen van residu's in de gravimetrische signalen en de correlatie ervan met de metingen van drukschommelingen gedurende deze twee maanden en tijdens de zonsverduistering. Dit moet het mogelijk maken om de intrinsieke gevoeligheden van deze twee opstellingen te vergelijken. Als deze experimenten bruikbare resultaten opleveren, zal er een vergelijking worden gemaakt uitgaand van de schommelingen in de zwaartekracht zoals die geregistreerd werden door de cryogene gravimeters die staan opgesteld in Membach, Straatsburg en Wenen.

Beschrijving van de instrumenten

Bij onze keuze hebben wij ons laten leiden door de conclusies van het Braziliaanse experiment. We zullen gebruik maken van oorspronkelijke waarnemingssystemen die ontwikkeld werden in het kader van diverse EU-projecten.

De stations zullen bestaan uit twee door een buis gescheiden compartimenten. Het onderste deel wordt op 50 cm diepte ingegraven zodat we minder last hebben van temperatuursschommelingen die de metingen zouden kunnen beïnvloeden. Hierin bevindt zich de microbarograaf, de continue registratie van alle numerieke gegevens, de tijdreferentie, een hoge resolutie-thermometer en een batterij. Het bovenste gedeelte dat zich 1,5 m boven de grond bevindt, is uitgerust met sondes voor de registratie van de lichtsterkte, luchttemperatuur, vochtigheid, eventuele regenval, enz.

Het verzamelen van gegevens gebeurt ter plaatse en deze komen via Internet bij de Koninklijke Sterrenwacht van België terecht waar alle gegevens verzameld worden. Het kalibreren vindt plaats tijdens de opbouw van de stations en er zijn controles gepland bij het monteren en demonteren van de systemen.

Waarneming van de kolomdichtheid van de elektronen in de ionosfeer met het Global Positioning System tijdens de totale zonsverduistering op 11 augustus 1999

René Warnant
Koninklijke Sterrenwacht van België
Ringlaan 3
1180 Brussel

Het Global Positioning System (GPS)

Het Global Positioning System (GPS) of het Globale Positionerings-systeem is een programma dat ontwikkeld werd door het Amerikaanse Ministerie van Defensie. Het heeft tot doel een gebruiker die beschikt over het juiste materiaal, de mogelijkheid te bieden om op ieder gewenst moment zijn positie te bepalen binnen een mondiaal referentiesysteem. Dit systeem, dat voornamelijk bedoeld is voor navigatie op zee en in de lucht, is samengesteld uit 3 segmenten : het ruimtesegment, het gebruikerssegment en het controlesegment. De 27 satellieten waaruit het ruimtesegment van het GPS bestaat, zenden op twee radiofrequenties uit, genaamd L1 (1575.42 MHz) en L2 (1227.6 MHz) ; ze bewegen in 6 banen op ongeveer 20.200 km hoogte. De GPS-ontvangers, die het gebruikerssegment vormen, zijn apparaten die in staat zijn de 2 signalen zo te meten dat de positie van een waarnemer in reële tijd overal en op ieder gewenst moment op aarde berekend kan worden, onafhankelijk van de atmosferische omstandigheden en met een nauwkeurigheid van 25 tot 100 meter. Het controlesegment bestaat uit 5 volgstations die instaan voor het beheer van het GPS.

De toepassingen van het GPS

Het aantal GPS toepassingen blijft steeds maar toenemen. De enige beperking is de verbeelding van de gebruiker. Hier volgen enkele toepassingen :

Navigatie

Oorspronkelijk ontwierp het Amerikaanse Ministerie van Defensie het GPS om overal op Aarde snel en nauwkeurig de positie te kunnen bepalen van militaire voertuigen. In de praktijk kan iedere gebruiker met een GPS-ontvanger in reële tijd zijn positie bepalen met een nauwkeurigheid van 25 tot 100 meter.

Nauwkeurige positiebepaling

Voor navigatietoepassingen is het noodzakelijk dat een waarnemer zijn positie in reële tijd kan bepalen, d.w.z. gelijktijdig met de meting. De meest nauwkeurige positiebepaling wordt echter verkregen in "uitgestelde" tijd: in dat geval voert de waarnemer zijn metingen uit, slaat die op in zijn computer en voert zijn berekeningen uit als hij terug is op kantoor. Indien de waarnemer zijn metingen combineert met metingen van een referentiestation, dan kan met deze techniek in het gunstigste geval een nauwkeurigheid behaald worden van enkele millimeters voor afstanden van enkele tientallen kilometers tussen de waarnemer en het referentiestation.

GPS is van onschatbare waarde gebleken voor de geodesie en de geofysica. Verschillende gebieden van de geofysica vereisen uiterst nauwkeurige afstandsmetingen of liever metingen van de variaties van de afstanden in de loop van de tijd: de studie van de platentektoniek, seismologie, vulcanologie.

Studie van de aardatmosfeer

De radiosignalen uitgezonden door de GPS-satellieten doorkruisen de atmosfeer, daarom zijn ze onderhevig aan atmosferische refractie. Die atmosferische refractie is een verstoring die verwijderd (of verminderd) moet worden om nauwkeurige posities te krijgen. Anderzijds kan juist de invloed van de atmosferische refractie op het GPS-signaal gebruikt worden om de kenmerkende eigenschappen van de atmosfeer te bestuderen:

Experiment tijdens de zonsverduistering

Zonnestralen zijn de voornaamste bron voor ionisatie van de atmosfeer. Tijdens de zonsverduistering zal deze ionisatiebron eerst geleidelijk verdwijnen en vervolgens weer verschijnen (wat tijdens een zonsondergang niet het geval is). Het experiment zal het gedrag van de kolomdichtheid van de elektronen in de ionosfeer tijdens de zonsverduistering waarnemen. Hierbij zal gebruik gemaakt worden van de GPS-waarnemingen afkomstig van de 7 permanente stations van de Koninklijke Sterrenwacht (fig. 1) en ook van de twee stations die voor die gelegenheid geplaatst worden in het gebied van totale verduistering in het noorden van Frankrijk.

Met dit experiment wil men meer te weten komen over:

De totale zonsverduistering in het Centrum voor Geofysica in Dourbes

Jean-Claude Jodogne
Koninklijk Meteorologisch Instituut
Ringlaan 3
1180 Brussel

Het Departement Geofysica van het Koninklijk Meteorologisch Instituut organiseert een speciale meetcampagne in het Centrum voor Geofysica, waarbij de afdelingen Geomagnetische waarnemingen en instrumenten, en Ionosferische profielen betrokken zijn. Het Centrum bevindt zich vlak bij de totaliteitszone (Breedte : 50° 06 N ; Lengte : 4° 36 O), wat een uitzonderlijke situatie is.

Metingen van de magnetische inductie van het aardse veld, een vectoriële grootheid, vereisen dus drie getallen. Bijvoorbeeld het meten van declinatie D, inclinatie I en van grootte F van de vector. De absolute referentie-apparaten in België zullen hiervoor gebruikt worden:

Als referentie-ionosonde dient een Digisonde 256 die per stappen van 0,05 MHz de reeks HF radiofrequenties lineair bestrijkt. Het frequentiebereik is instelbaar van 1 MHz tot en met 30 MHz. Naast de gebruikelijke waarnemingen van één peiling per uur zullen, tijdens de belangrijke periode van de zonsverduistering, metingen verricht worden met een frequentie van één peiling per minuut, alsook onmiddellijk ervoor en erna en tijdens de voorafgaande en daaropvolgende dagen. De berekening van de kolomdichtheid van de elektronen (TEC) zal hieruit bepaald worden, en vergeleken worden met gelijkaardige metingen ter plaatse uitgevoerd met het globale positioneringssysteem (GPS).
In Zwitserland zal een ontvanger met zeer lage frequentie geplaatst worden om de emissies op te vangen van de golven weerkaatst door de ionosfeer boven Dourbes.
Een samenwerking met radioamateurs wordt gepland om gelijkaardige waarnemingen uit te voeren.
Gelijktijdig worden metingen van de kosmische straling op de grond voorzien, met behulp van de supermonitor voor neutronen.

De waarnemingsfrequentie waarmee de meteorologische grootheden (p, T, h) geregistreerd worden met het AWS (automatic weather station) te Dourbes, zal voor deze gelegenheid op adequate wijze aangepast worden.

Bijdrage van het Departement Aërologie van het Koninklijk Meteorologisch Instituut bij de waarneming bij de zonsverduistering van 11 augustus 1999.

Alexandre Joukoff
Koninklijk Meteorologisch Instituut
Ringlaan 3
1180 Brussel

De zonnestraling die het aardoppervlak bereikt is de eerste parameter die beïnvloed wordt tijdens een zonsverduistering. Zonnestralen beinvloeden direct de temperatuur, en de temperatuursgradiënten die zich voordoen tijdens een zonsverduistering kunnen schommelingen teweegbrengen in het windveld aan het oppervlak. Daarom is het interessant de schommelingen van de verschillende componenten van de zonnestraling en van tevens de straling van de aarde waar te nemen om daaruit te kunnen afleiden wat de stralingsbalans aan het oppervlak is en welke correlaties er zijn met de andere meteorologische parameters.

Bij het Departement Aërologie van het KMI staat er geen enkele speciale missie op stapel om radiometrische waarnemingen te doen in het verduisteringsgebied, Marc Vandiepenbeeck neemt echter wel een pyranometer mee om metingen te verrichten van de globale zonnestraling (directe zonnestraling + diffuse zonnestraling) op een plaats binnen de totaliteitszone. Het gewone metingsprogramma zal intensiever worden uitgevoerd (hogere tijdresolutie) om de variatiekrommen vast te stellen voor de verschillende componenten van zonnestraling, atmosferische en aardse straling tijdens de zonsverduistering. Op die manier gaan wij in Ukkel de directe, diffuse en globale componenten van de zonnestraling meten, de componenten van de stralingsbalans (korte en lange golflengtes), hoe de zonnestralen over het spectrum verdeeld zijn tussen 300 en 1000 nanometer, de UV-stralen tussen 295 en 385 nanometer (UVA + UVB) en de lichtintensiteit (het zichtbare gedeelte van het spectrum) van de zonnestraling. In de stations die zijn uitgerust met een automatisch opname- en registratiesysteem (Raversijde, Melle, Saint-Hubert en Dourbes), gaan we de globale zonnestraling meten, de directe zonnestraling en de gegevens voor de stralingsbalans. Metingen van andere meteorologische parameters zullen beschikbaar zijn in Ukkel, Melle en Dourbes om correlaties vast te stellen, o.a. met de temperatuur.

Daarnaast kunnen ook waarnemingen vanuit de ruimte kostbare informatie verschaffen. Op deze manier zullen we de verschillende bijdragen tot de stralingsbalans kunnen berekenen, langs de totaliteitszone evenals in de bijschaduw via beelden van METEOSAT. Het KMI heeft de berekeningsmethode ontwikkeld die momenteel wordt toegepast voor de METEOSAT-beelden, ter voorbereiding van interpretatie van de metingen van de gegevens over de stralingsbalans met het GERB-instrument (Geostationary Earth Radiation Budget) dat zich aan boord zal bevinden van de tweede generatie METEOSAT-satellieten (MSG), waarvan de eerste eind 2000 gelanceerd zal worden.

Meteorologische waarnemingen tijdens de zonsverduistering van 11 augustus 1999.

Marc Vandiepenbeeck
Koninklijk Meteorologisch Instituut
Ringlaan 3
1180 Brussel

Tijdens de zonsverduisteringen van 11 juli 1991 in San José del Cabo (Mexico), van 3 november 1994 in Putre (Chili) en van 26 februari 1998 op Curaçao (Nederlandse Antillen) werden er metingen verricht van verschillende meteorologische parameters. Tijdens de eerste twee hierboven genoemde zonsverduisteringen verrichtte men metingen van de temperatuur, de relatieve vochtigheid, de zonnestraling en de atmosferische luchtdruk. Tijdens de op Curaçao waargenomen zonsverduistering werden dezelfde parameters gemeten en bovendien de windrichting en de windsnelheid.

Tijdens de zonsverduistering van dit jaar is men van plan dezelfde metingen van deze parameters te doen, namelijk de temperatuur, de relatieve vochtigheid, de zonnestraling en de atmosferische luchtdruk met dezelfde instrumenten die gebruikt werden tijdens de zonsverduisteringen van 11 juli 1991 en 3 november 1994. Er zal ook een nieuw station gebruikt worden dat de temperatuur, de relatieve vochtigheid, de luchtdruk, de snelheid en de richting van de wind meet. Waar dit station geplaatst zal worden staat nog niet precies vast, maar de metingen zullen verricht worden in de buurt van Epernay.

De metingen starten in de ochtend van 10 augustus 1999 en worden beëindigd in de namiddag van 12 augustus. In het eerste opnamesysteem worden twee meetperiodes geprogrammeerd met verschillende tijdsstappen. Via het tweede systeem kan men vergelijkingen maken met de temperatuur, de relatieve vochtigheid en de luchtdruk gemeten met het eerste systeem en tevens metingen doen van de wind. Op Curaçao werd namelijk een sterke invloed vastgesteld van de zonsverduistering op de windrichting. Zo zal men kunnen bevestigen of ontkennen dat de zonsverduistering belangrijk is voor de windrichting. Dat er sprake was van een dergelijk effect werd reeds vermoed door de heer E.A. Bernard tijdens de zonsverduistering waargenomen in Mexico.

Referenties:

 Bernard E.A., Vandiepenbeeck M. en Verhas P., " Météorologie de l'éclipse totale du Soleil du 11 juillet à San José del Cabo (Mexique) " Ciel et Terre, vol 108, pp 3-10, 1992.
Vandiepenbeeck M., " Eclipse totale du 3 novembre 1994 à Putre (Chili) observations météorologiques ", Ciel et Terre, vol 112, pp 71-76, 1996
Vandiepenbeeck M. en Verhas P., " Observations météorologiques lors de l'éclipse du 26 février 1998 à Curaçao ", Ciel et Terre, vol 115 (verschijnt binnenkort).

Waarneming van de zonsverduistering van 11 augustus 1999

Christian Muller, Didier Gillotay et Michel Van Roozendael
Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie
Ringlaan3
1180 Brussel

Een totale zonsverduistering zoals deze van 11 augustus 1999 is een uitzonderlijke gebeurtenis. De invloed van een zonsverduistering op de zonnestraling en de chemie van de atmosfeer werd nog maar weinig bestudeerd. Het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA-IASB) zal die invloed bestuderen door waarnemingen van op de grond.

Het automatisch meetstation voor "UV-zichtbaar licht monitoring" van het BIRA-IASB doet spectrale metingen in smalle golflengtegebieden en in geïntegreerde gebieden van alle spectrale componenten van de verstrooide en de rechtstreekse zonnestraling tussen 280 en 600 nm. Deze metingen zijn bedoeld om experimenteel de UV klimatologie op te maken van een stedelijk gebied op een gemiddelde breedtegraad, zoals in Ukkel.

Een radiometer met filters, met 10 kanalen tussen 300 nm en 1,39 µm laat bovendien toe, door middel van rechtstreekse metingen van de zonnestraling, om de totale hoeveelheid ozon en aerosols te bepalen. Gedurende de zonsverduistering, die slechts gedeeltelijk zal zijn in Ukkel, zal de cadans van de geïntegreerde metingen (met pyranometers en UV-meters) en van de metingen in smalle golflengtegebieden (radiometers met filters) opgevoerd worden tot een frequentie van één meting per seconde. Het zal dan mogelijk zijn om met een hoge tijdsresolutie de kinematica te bestuderen van de variaties van de zonnestraling als functie van het percentage van de zonneschijf dat bedekt is. Het zal eveneens mogelijk zijn, als de weersomstandigheden het toelaten (heldere hemel), om de theorieën over stralingstransport te verifiëren door de verhouding te meten tussen het rechtstreeks en het verstrooide gedeelte (verstrooiing door de atmosfeer, de aerosols, de wolken) van de zonnestraling die het aardoppervlak bereikt. Indien de hemel bewolkt is, zullen diezelfde metingen toelaten om belangrijke inlichtingen te verkrijgen over het mechanisme van de verstrooiing van de zonnestraling door wolken voor grotere hoogten van de zon boven de horizon (ongeveer 55° op 11 augustus 1999 om 12 h UT).

Het BIRA-IASB beschikt ook over een mobiel station voor metingen van de samenstelling van de atmosfeer, gebaseerd op het principe van de Differentiële Spectroscopische Absorptie (DOAS). Dit station wordt onder andere gebruikt om de resultaten te valideren van het experiment GOME ingebouwd in de ERS-2-satelliet van het Europese Ruimtevaartbureau (ESA) die zich in een baan om de aarde bevindt. Dit station zou kunnen in werking gesteld worden in Ukkel of op het traject van de zonsverduistering om een meting uit te voeren van de veranderingen die zullen optreden in de samenstelling van de atmosfeer. De bestanddelen die bestudeerd zullen worden, zijn bestanddelen met een korte levensduur zoals stikstofdioxide en stikstoftrioxide waarvan het fotochemisch evenwicht zou kunnen verstoord worden gedurende de tijdsduur van de zonsverduistering (enkele minuten). Het voornaamste wetenschappelijk doel van een dergelijk experiment is om met behulp van geschikte modellen voor de atmosferische chemie, uit te testen hoe goed we de chemische processen begrijpen die zich zouden voordoen tijdens de zonsverduistering, vooral in de stratosfeer.

ECLIPSE Webmaster Last updated on 12/04/1999 by JV