宇宙面纱背后：Proba-3的开创性日食技术

Proba-3的一对卫星将处于围绕地球的高度椭圆轨道上，执行编队飞行机动以及太阳日冕的科学研究。 掩星卫星将在其面向太阳的一侧安装太阳能电池板。 图片来源：ESA – P. Carril，2013 年

欧空局的Proba-3任务以两颗卫星协同工作为特色，以前所未有的方式观测太阳的大气层。 该任务于9月发射，使用创新技术来减少光衍射，增强太阳观测能力。 科学家们将在即将到来的日食期间测试Proba-3的仪器。

通过精致的毫米级编队飞行，组成欧空局Proba-3的双卫星将完成以前不可能完成的太空任务：从一个平台到另一个平台投射精确的阴影，在此过程中阻挡炽热的太阳，长时间观察其幽灵般的周围大气层。

2023 年 11 月，Proba-3 科学工作组的成员访问了安特卫普附近 Redwire 的实际卫星。 图片来源：ESA-J。 Versluys

Proba-3：发射前的准备工作

在今年晚些时候Proba-3发射之前，将利用Proba-3观测的科学家能够亲眼看到这些卫星。该团队的成员将在明年4月北美上空的实际日食期间测试为该任务开发的硬件。

这两颗卫星目前正在比利时安特卫普附近的Redwire进行最后的整合。Proba-3科学工作小组访问了他们，该小组由来自欧洲各地和更广阔的世界的45名太阳物理学家组成。

这些专家中的许多人是全球日食的常客，但他们期待着Proba-3将在微弱的日冕上打开新的视角。这个神秘的区域很重要，因为它是日冕物质抛射产生的地方——引发太阳风暴的带电粒子的大量喷发——以及影响太阳风的速度，这是决定太空天气的核心。

创新设计与技术

“卫星硬件非常接近，”欧空局Proba-3项目科学家Joe Zender解释道。“我特别震惊的是，日冕仪航天器上的摄像头离太阳能电池阵列如此之近，不到一米远。虽然阵列依赖于高太阳光照度，但相机必须保持在完全黑暗中，没有任何杂散光。它真的让人明白，神秘人投下的那个小阴影需要多么精确地保持在原位。我们还看到了掩星飞船圆盘的精心加工边缘——通常在发射前保存在保护罩下。该边缘的曲线经过专门设计，可最大限度地减少衍射太阳光的任何溢出，否则会影响成像性能。

约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的美国天体物理学家拉塞尔·霍华德（Russell Howard）也出席了会议，他在美国宇航局的帕克太阳探测器和欧空局-美国宇航局SOHO任务中发挥了主导作用：“这艘航天器比我参与过的航天器小——主要是因为这是一个带有两个小得多的仪器的单个太阳观察成像仪。但任务概念是如此独特：在距离望远镜150米的地方放置一个掩星器，以便成像非常接近太阳的边缘，这是以前从未做过的，就好像掩星器是一个迷你月球一样。我们不会像在日食期间那样看到离太阳边缘那么近的地方，但与日食事件的5-10分钟持续时间相比，连续数小时拥有这样的图像将是壮观的。

由于2024年一起发射，组成Proba-3的两颗卫星将以精确的编队飞行，在太空中形成一个外部日冕仪，一颗卫星使太阳黯然失色，使第二颗卫星能够研究原本看不见的太阳日冕。图片来源：ESA-P。卡里尔

任务战略与挑战

在前往布鲁塞尔的比利时皇家天文台后，该团队继续讨论布鲁塞尔任务的准备工作，包括处理和分发其数据的计划，计划与其他太空任务的共同观测，以及评估Proba-3与现有用于日冕观测的“日冕仪”仪器相比的相对性能。

这些是包含内部掩星盘以遮挡太阳盘的望远镜。问题在于，这些内部掩星仍然会经历光线在其边缘溢出，称为衍射，从而掩盖了极其微弱的感兴趣信号。

欧空局Proba-3项目经理Damien Galano指出：“减少衍射的最佳方法是增加掩星和日冕仪之间的距离，这正是Proba-3将要做的。我们首次在不同的平台上飞行我们的Coronagraph和Occulter，每个轨道相距150米，飞行时间长达6小时，应用一系列定位技术将它们牢固地固定在适当的位置。

根据定义，在地球上不可能对Proba-3进行全面的端到端测试。但会议听取了如何为Proba-3的ASPIICS（太阳日冕偏振和成像研究航天器协会）开发的同一组滤光片轮，以及并行液晶成像技术。

Proba-3 的 45 人科学工作组聚集在比利时皇家天文台。图片来源：ESA-J。Versluys

科学目标和仪器

“滤光片轮允许在不同的偏振角度观察日冕，就像在不同的偏振太阳镜之间切换一样，”Joe补充道。 “在实际日食期间观测的好处是，我们不需要任何掩星器，就可以确切地了解我们将从Proba-3中得到什么样的结果。

科学工作小组还讨论了Proba-3的第二台仪器，即数字绝对辐射计DARA，它将测量太阳总辐照度 – 太阳在任何时候释放的能量。

“假设太阳的输出会影响地球的气候，那么尽可能精确地测量任何变化是很重要的，”Joe指出。

Proba-3 将于今年 9 月由来自印度的 PSLV 发射器发射。