Misja Proba-3 – zaćmienia Słońca na żądanie

ESA zaprezentowała parę statków kosmicznych wchodzących w skład nowej misji Proba-3, której celem jest tworzenie orbitalnych zaćmień Słońca, gdy tylko naukowcy będą tego potrzebować.

Zaćmienia Słońca oferują krótkie spojrzenie na atmosferę otaczającą Słońce – koronę słoneczną – zwykle niewidoczną przez sam blask Słońca. Korona słoneczna zostanie jednak wkrótce udostępniona naukowcom do długotrwałych badań dzięki misji Proba-3.

Jak tłumaczą naukowcy, statek kosmiczny Occulter należący do misji Proba-3 będzie leciał w odległości około 150 m od drugiego statku kosmicznego Coronagraph. Para ustawi się w linii ze Słońcem tak precyzyjnie, że Occulter rzuci cień na powierzchnię Coronagraphu, zasłaniając Słońce i odsłaniając koronę.

„Dwa statki kosmiczne będą działać tak, jakby były jednym ogromnym instrumentem o długości 150 metrów, Osiągnięcie tego celu będzie jednak niezwykle trudnym wyzwaniem technicznym, ponieważ wystarczy najmniejsza niewspółosiowość i instrument nie zadziała” – wyjaśnia Dietmar Pilz, dyrektor ds. technologii, inżynierii i jakości w ESA.

Jak tłumaczą badacze, pomysł nie jest nowy – cylindryczna kapsuła Apollo próbowała zrobić to samo z radzieckim statkiem kosmicznym Sojuz podczas projektu testowego Apollo-Sojuz w 1975 roku. Celem Proba-3 jest jednak rutynowe wywoływanie sztucznych zaćmień poprzez precyzyjne loty formacyjne, trwające do sześciu godzin na orbicie o długości 19 godzin i 36 minut.

Zaćmienia Słońca występują z powodu niezwykłego kosmicznego zbiegu okoliczności, ponieważ Słońce jest 400 razy większe od ziemskiego Księżyca, ale jest również dokładnie 400 razy dalej. Oznacza to, że gdy oba ciała są dokładnie ustawione w przestrzeni, Księżyc zakrywa tarczę Słońca, odsłaniając koronę słoneczną, rozciągającą się miliony kilometrów od gwiazdy.

Ten rzadko widziany region naszego Układu Słonecznego jest interesujący dla badaczy zarówno z naukowego, jak i praktycznego punktu widzenia. O milion stopni cieplejsza niż powierzchnia Słońca, korona jest źródłem wiatru słonecznego i pogody kosmicznej, wraz z gwałtownymi wyrzutami znanymi jako „koronalne wyrzuty masy”, które napędzają pogodę kosmiczną i burze słoneczne, potencjalnie wpływając zarówno na satelity na orbicie, jak i na naziemne sieci energetyczne i komunikacyjne.

Jak tłumaczą astronomowie, aby zobaczyć koronę, wyspecjalizowane teleskopy na Ziemi i na orbicie, zwane „koronagrafami”, mogą zawierać „dyski zasłaniające” – tarcze zasłaniające Słońce w ich polu widzenia, naśladując zaćmienie Słońca. Jak zaznaczają badacze, ich skuteczność jest jednak ograniczona przez zjawisko zwane „dyfrakcją”, w którym światło rozproszone rozlewa się poza krawędzie koronagrafów. Sposobem na zminimalizowanie tego efektu jest przesunięcie dysku znacznie dalej od obserwującego koronagrafu, ale praktyczne ograniczenia wielkości statków kosmicznych sprawiły, że rozwiązanie to stało się niepraktyczne w kosmosie.

Misja Proba-3 może jednak stawić temu czoła. Dzięki dwum statkom kosmicznym lecącym w precyzyjnej formacji z milimetrową dokładnością, główny instrument ASPIICS (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun) Proba-3 będzie dostarczał dane tak, jakby znajdował się na pokładzie jednego statku kosmicznego.

Dokładność ta, zdaniem inżynierów ESA, zostanie uzyskana dzięki połączeniu zestawu precyzyjnych technologii pozycjonowania – nawigacji satelitarnej, radiowych połączeń między satelitami, kamer światła widzialnego naprowadzanych na diody LED i wiązki laserowej odbitej między statkami kosmicznymi. Drugim instrumentem Proba-3 będzie radiometr mierzący całkowitą produkcję energii słonecznej.

Loty formacyjne będą odbywać się w pełni autonomicznie, w górnej części każdej orbity o wysokości 60 tysięcy kilometrów, gdzie perturbacje grawitacyjne, atmosferyczne i magnetyczne są zminimalizowane. Przez resztę czasu para spędzi resztę orbity w pasywnym, bezpiecznym dryfowaniu.

Zdaniem naukowców, pomyślne osiągnięcie precyzyjnego lotu w formacji wprowadziłoby zupełnie nową erę nauki i zastosowań. Możliwe byłoby wykonywanie misji znacznie większych niż pojedynczy statek kosmiczny – takich jak gigantyczne matryce interferometrii radiowej i optycznej na orbicie – podczas gdy precyzyjne loty umożliwiłyby serwisowanie satelitów na orbicie, wydłużając żywotność infrastruktury kosmicznej.

Emil Gołoś