ESA 's zonsverduisteringsmaker, Proba-3
Honderden miljoenen mensen zullen volgende week getuige zijn van de totale zonsverduistering van de zon in Noord-Amerika, en zonnefysici van over de hele wereld komen massaal bijeen om zich bij hen aan te sluiten. Verduisteringen bieden een korte blik op de spookachtige omringende atmosfeer van de zon - de zonnecorona - die normaal gesproken onzichtbaar wordt gehouden door de pure schittering van de zon. Maar de corona wordt binnenkort opengesteld voor duurzamer onderzoek: vandaag heeft ESA in België het paar ruimtevaartuigen onthuld dat deel uitmaakt van de nieuwe Proba-3-missie, gepland om op verzoek orbitale zonsverduisteringen te produceren van de zon.
Het Proba-3 Occulter-ruimtevaartuig vliegt op ongeveer 150 meter afstand van het tweede ruimtevaartuig van de coronagraaf, dat vandaag aan de media wordt getoond in de Redwire ruimtefaciliteit in Kruibeke, België, waar deze pre-flight testen ondergaan. Het paar zal zo precies op één lijn staan met de zon dat de Occulter een schaduw werpt op het gezicht van de coronagraaf, waardoor de zon wordt gedempt om de corona te onthullen.
“De twee ruimtevaartuigen zullen zich gedragen alsof deze één enorm 150 meter lang instrument zijn”, legt Dietmar Pilz, ESA Director of Technology, Engineering and Quality, uit. "Het bereiken hiervan zal echter een zeer technische uitdaging zijn, omdat het kleinste beetje uitlijning al zal leiden tot een incorrecte werking. Het ontwikkelingsproces heeft dienovereenkomstig lang geduurd - uitgevoerd door een consortium van kleinere ESA-lidstaten onder leiding van Spanje en België - dus ik ben erg blij dat Proba-3 hier vandaag wordt voorbereid om gelanceerd te worden."
Productie van kunstmatige zonsverduisteringen in een baan om de zon
Het onderliggende idee is niet nieuw: een cilindrische Apollo-capsule probeerde hetzelfde te doen voor een Sovjet Sojoez-ruimtevaartuig tijdens het Apollo-Sojoez-testproject in 1975. Echter, het doel met Proba-3 is om deze kunstmatige verduisteringen routinematig te produceren door nauwkeurig formatievliegen, tot zes uur per keer per baan van 19 uur en 36 minuten.
Van de zon komen zonsverduisteringen voor door een opmerkelijk kosmisch toeval: de zon is 400 keer groter dan de maan van de aarde, maar deze staat ook precies 400 keer verder af. Dit betekent dat wanneer de twee lichamen precies in de ruimte zijn uitgelijnd, de maan het vurige gezicht van de zon bedekt en de corona van de zon onthult, die zich miljoenen kilometers van onze moederster uitstrekt.
Zelden gezien gebied van ons Zonnestelsel
Dit zelden geziene deel van ons Zonnestelsel is zowel wetenschappelijk als praktisch interessant: een miljoen graden warmer dan het oppervlak van de zon eronder, maakt de zon de weg vrij voor de zonnewind en ruimteweer, samen met gewelddadige uitwerpen die bekend staan als “coronale massa ejecties” die ruimteweer en zonnestormen aandrijven, en mogelijk invloed hebben op satellieten in een baan om de aarde en aardse elektriciteits- en communicatienetwerken.
Om meer van de corona te zien, kunnen gespecialiseerde telescopen op de grond en in een baan die “coronagrafen” wordt genoemd “occulte schijven” bevatten - zorgvuldig ontworpen schilden om de zon binnen hun gezichtsveld te bedekken en een zonsverduistering na te bootsen. Maar hun effectiviteit wordt beperkt door een fenomeen dat “diffractie” wordt genoemd, waarbij zwerflicht over de randen van coronagrafen morst. De manier om dit effect te minimaliseren is door de occulte schijf veel verder van de waarnemende coronagraaf te verplaatsen - maar praktische beperkingen aan de grootte van ruimtevaartuigen maakten die oplossing onpraktisch voor de ruimte.
Presteren als een enkel ruimtevaartuig
Door de twee ruimtevaartuigen tot op millimeter nauwkeurig in precieze formatie te laten vliegen, zal het belangrijkste ASPIICS-instrument van Proba-3 (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun) gegevens opleveren alsof het aan boord van een enkel ruimtevaartuig is, waarmee een voorheen ongrijpbaar onderzoeksgebied tussen 3 en 1.1 zonneradii van de zon wordt ontsloten.
Deze nauwkeurigheid wordt verkregen door een reeks steeds nauwkeuriger positioneringstechnologieën te combineren: satellietnavigatie; radioverbindingen tussen satellieten, camera's met zichtbaar licht die zich richten op LED's en ten slotte een laser die wordt gereflecteerd tussen ruimtevaartuigen. Het tweede instrument van Proba-3 is een radiometer die de totale energieproductie van de zon meet, belangrijk voor klimaatmodellering.
Volledig autonoom formatievliegen
Het formatievliegen zal volledig autonoom plaatsvinden, naar de top van elke 60.000 km hoge baan, waar zwaartekracht-, atmosferische en magnetische verstoringen tot een minimum worden beperkt. De rest van de tijd zal het paar in passieve veilige drijfvlucht doorbrengen.
Zoals bij alle Proba-technologie-demonstratiemissies van ESA zal het bewijs van succes worden geleverd door de kwaliteit van de wetenschappelijke gegevens die worden geproduceerd
Nieuwe soorten missies in de ruimte mogelijk maken
Het succesvol bereiken van nauwkeurig formatievliegen zou een heel nieuw tijdperk voor wetenschap en toepassingen mogelijk maken. Er kunnen missies worden gevlogen die veel groter zijn dan een enkel ruimtevaartuig - zoals reusachtige radio en optische interferometriesystemen in een baan om de aarde - terwijl nauwkeurig rendez-vous in de ruimte het onderhoud van satellieten in de omloopbaan mogelijk zou maken, waardoor de levensduur van de ruimte-infrastructuur zou worden verlengd.
Ondertussen maken leden van het Proba-3-wetenschapsteam gebruik van de Noord-Amerikaanse totale zonsverduistering om hardware te testen die is ontworpen voor de missie: polariserende filterwielen gebruikt in ASPIICS, evenals een alternatieve LED-technologie.
