欧空局Proba-3太空探测器首次按需实现日食

欧空局找到了一种几乎可以按需制造日食的方法，只需要一对机器人航天器在距离地球数千英里的地方以精确到毫米的编队飞行即可。很简单。日全食是自然界最壮观、最令人恐惧的现象之一。其壮观与恐怖显然都源于太阳被不断扩大的黑暗吞噬的戏剧性场面，以及此类事件极其罕见的事实。虽然地球上每18个月才会在某个地方发生一次日全食，但由于日食在地球表面的路径非常狭窄，同一地点发生日全食的概率平均为每375年一次——间隔之久，足以让整整一代人惊恐万分。

从Proba-3看到的太阳内日冕 ESA/Proba-3/ASPIICS

难怪从史前时代起，人类就找到了预测日食的方法，而巨石阵的功能之一就是充当一台巨大的日食计算机。不过我知道现在你可以找到一个更简洁的应用程序来做这件事。

如今，人们对日全食的迷恋与日俱增。除了旅游业和热衷于日食的爱好者之外，科学家们也对日全食充满热情，因为通过遮挡太阳主体的光线，人们可以仔细观察太阳大气或日冕，从而为我们最近的恒星的运作机制提供线索。

问题在于，这种日食不仅罕见，而且经常发生在偏远地区，在任何一个地点都只持续几分钟，因此天文学家通常会花费一大笔钱购买研究飞机，尽可能地跟踪全食的路径。

科学家们真正想要的是一种可以根据需要制造日食的方法——最好是能够持续数小时并且位于地球大气层之外的日食。

Proba-3 信息图

这就是 ESA Proba-3 背后的原理。Proba-3 任务于 2024 年启动，耗资 2 亿欧元（2.3 亿美元），是一项技术演示任务，旨在展示如何使用最新的精确编队飞行技术制造人工日食，就像科幻经典电影《禁忌星球》中虚构的星际飞船巡洋舰 C57D 所做的那样。

该任务由两颗小型卫星组成，分别名为“日冕仪”和“掩星仪”。每颗卫星大约有一台洗衣机那么大，不过它们之间的相似之处也就到此为止了。它们以高椭圆轨道运行，每19.6小时绕地球一周，距离地球600光年到60530公里之间。它们作为一个整体运行，彼此之间的飞行距离为150米，误差为1毫米。

从 Proba-3 看到的日冕

这种紧密编队轨道飞行并非新鲜事。过去曾有多次任务使用这种技术来绘制行星引力异常和磁场图，但这并没有让事情变得更容易。这是因为航天器的编队飞行与飞机或用一根细绳将卫星串在一起完全不同。编队飞行实际上是一个地球的比喻，用来描述天体力学中极其复杂的运动。

这两艘飞船实际上并非编队飞行。更准确地说，它们在平行轨道上运行，并竭尽全力保持一前一后，且与太阳方向一致。它们利用一些先进的自主软件、GPS、星体追踪器、太阳追踪器，以及一种由前方“遮蔽者”号飞船作为“主”飞船，后方“日冕仪”号飞船作为“从”飞船跟随“遮蔽者”号飞船的机制来实现这一点。

本质上，遮光镜和日冕仪通过模拟月球，在日冕仪5厘米（2英寸）的成像孔径上投射出8厘米（3.1英寸）宽的阴影，从而形成日食。遮光镜记录了各种波长，以尽可能多地收集有关日冕的数据，避免了地球观测造成的散射和光泄漏。

在偏振白光下看到的内日冕

然而，真正巧妙之处在于，Proba-3 每次绕行都能产生长达六小时的日食。这意味着前所未有的观测时间，而且随着技术的成熟，观测时间还会进一步延长。希望收集到的数据能够极大地帮助我们理解太阳风、太阳耀斑和日冕内的温度变化。此外，它还能帮助科学家改进用于模拟日冕的计算机模型，并生成数字日食，从而提高预测和应对可能影响地球通信和电网的太阳事件的能力。

欧空局很高兴向公众发布从太空传回的第一批人工日食图像。Proba-3 任务经理达米安·加拉诺表示：“两艘航天器在太空中组成一台巨型日冕仪，使我们能够在观测中捕捉到内部日冕，杂散光水平极低，这与我们的预期完全一致。” “虽然我们仍处于调试阶段，但我们已经实现了前所未有的精确编队飞行。这使我们能够捕捉到该任务的首批图像，这些图像无疑将对科学界具有很高的价值。”

“我们迄今为止完成的编队飞行都是自主进行的，但地面控制团队随时准备进行干预，纠正任何潜在的偏差。我们剩下的任务是实现完全自主，届时我们对系统将充满信心，甚至无需进行地面例行监控。”

资料来源：ESA