Proba-3卫星组合执行编队航行任务 以前所未有的方式观测太阳大气层

欧空局的 Proba-3 任务包括两颗卫星协同工作，以前所未有的方式观测太阳大气层。该任务将于 9 月发射，采用创新技术减少光衍射，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。

Proba-3 的一对卫星将处于环绕地球的高椭圆轨道上，执行编队飞行任务，并对日冕进行科学研究。遮蔽者卫星面向太阳的一面将安装太阳能电池板。图片来源：ESA - P. Carril, 2013

通过精确的毫米级编队飞行，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：从一个平台向另一个平台精确投射阴影，在此过程中遮挡住炽热的太阳，以长时间观测其周围幽灵般的大气层。

2023 年 11 月，Proba-3 科学工作组成员在安特卫普附近的 Redwire 参观了实际卫星。图片来源：ESA-J. Versluys

在 Proba-3 号卫星今年晚些时候一起发射之前，将利用 Proba-3 号卫星进行观测的科学家们得以亲眼目睹这颗卫星。该团队的成员将在明年 4 月美国北部实际发生的地面日食期间测试为此次任务开发的硬件。

这两颗卫星目前正在比利时安特卫普附近的 Redwire 公司进行最后的集成。Proba-3 科学工作组对它们进行了访问，该工作组由来自欧洲和世界各地的 45 名太阳物理学家组成。

欧空局的双卫星Proba-3任务将飞往Proba微型卫星家族以前从未飞过的地方--6万公里之外，即月球的七分之一。这两颗卫星定于 2024 年发射，将一起进入一个高度椭圆的轨道，轨道高度从 600 千米到 60 000 千米不等。在每19.5小时的轨道上，这两颗卫星将对齐6小时，使Occulter航天器在Coronagraph航天器上投下阴影，以打开太阳的日冕大气层，进行持续观测。图片来源：ESA-P. 卡里尔

这些专家中的许多人都是全球陆地日食的常客，但他们都期待着Proba-3将为微弱的日冕打开新的视角。日冕物质抛射是引发太阳风暴的带电粒子的大规模爆发，它影响着太阳风的速度，而太阳风是决定空间天气的核心。

创新设计和技术

欧空局 Proba-3 项目科学家 Joe Zender 解释说："卫星硬件在近距离下非常引人注目。Coronagraph 航天器上的相机头与太阳能电池阵列的距离不到一米，这一点尤其令我印象深刻。虽然太阳电池阵依赖于较高的太阳光照，但相机必须保持在完全黑暗的环境中，不能有任何杂光。这让我们真正体会到了如何精确地保持 Occulter 投下的小阴影。我们还窥见了 Occulter 航天器圆盘上精心加工的边缘--通常在发射前都被置于保护罩之下。这个边缘的曲线经过特别设计，可以最大限度地减少衍射阳光的溢出，否则会影响成像性能。"

2023 年 11 月，在 Proba-3 科学工作组访问安特卫普附近的 Redwire 期间，Proba-3 有效载荷经理 Jorg Versluys 与著名太阳学家 Russ Howard 讨论了此次任务。图片来源：ESA-J. Versluys

约翰-霍普金斯大学应用物理实验室的美国著名天体物理学家拉塞尔-霍华德（Russell Howard）也出席了会议，他在美国国家航空航天局的帕克太阳探测器和欧空局-美国国家航空航天局的SOHO任务中发挥了主导作用："这个航天器比我参与过的航天器都要小--主要是因为这是一个单一的太阳观测成像仪，带有两个小得多的仪器。但这次任务的概念非常独特：在距离望远镜 150 米的地方放置一个遮挡器，以便在距离太阳边缘极近的地方成像，这在以前从未有过，就好像遮挡器航天器是一个小型月球。我们不会看到像地月食期间那样近距离的日珥边缘，但与日食事件持续 5-10 分钟的时间相比，连续几个小时都能看到这样的图像将是非常壮观的"。

组成Proba-3的两颗卫星将于2024年一起发射，它们将以精确的编队飞行，在太空中形成一个外部日冕仪，其中一颗卫星将使太阳失色，以便让第二颗卫星研究原本不可见的日冕。图片来源：ESA-P. 卡里尔

任务战略和挑战

在前往位于布鲁塞尔的比利时皇家天文台之前，研究小组继续在布鲁塞尔讨论了任务的准备工作，包括处理和分发数据的计划、与其他太空任务共同观测的计划，以及评估 Proba-3 与用于日冕观测的现有"日冕仪"相比的相对性能。

这些望远镜采用内部掩星盘来遮蔽日盘。问题是，这些内部掩星盘的边缘仍会有光线溢出，即所谓的衍射，从而遮挡了极微弱的相关信号。

欧空局 Proba-3 项目科学家 Joe Zender 正在检查 Coronagraph 航天器，其精心加工的圆形边缘被保护边缘遮挡。图片来源：ESA-J. Versluys

欧空局 Proba-3 项目经理达米安-加拉诺（Damien Galano）指出："减少衍射的最佳方法是增加遮挡器和日冕仪之间的距离，这正是 Proba-3 要做的。我们首次将日冕仪和遮光器放在不同的平台上飞行，每条轨道相距 150 米，飞行时间长达 6 小时，并采用一系列定位技术使它们保持在固定位置。"

根据定义，在地球上不可能对 Proba-3 进行全面的端对端测试。但会议听取了为Proba-3的ASPIICS（日冕极坐标和成像调查航天器协会）开发的同一套过滤轮如何与并行液晶成像技术一起用于观测2024年4月8日在北美洲上空发生的日食。

Proba-3科学工作组的45名成员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

乔补充说："滤镜轮可以观测不同偏振角度的日冕，就像在不同偏振太阳镜之间切换一样。在实际日食期间进行观测的好处是，我们不需要任何遮挡器，就能准确地了解我们将从 Proba-3 获得的结果。"

科学工作组还讨论了Proba-3的第二台仪器--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到底有多少。

Proba-3 概况介绍。资料来源：ESA-F. Zonno

乔指出："假设太阳输出的能量会影响地球的气候，那么我们就必须尽可能精确地测量任何变化。"

Proba-3将于今年9月由印度的PSLV运载火箭发射。

编译来源：ScitechDaily