Hundratals miljoner människor kommer att bevittna nästa veckas totala solförmörkelse över hela Nordamerika, och solfysiker från hela världen strömmar till dem. Förmörkelser ger en kort glimt av solens spöklika omgivande atmosfär - solkoronan - som normalt hålls osynlig av solens rena bländning. Men corona kommer snart att öppnas upp för mer ihållande studier:idag i Belgien har ESA avslöjat paret rymdfarkoster som utgör deras nya Proba-3-uppdrag, planerade att producera orbitala solförmörkelsehändelser på begäran.
Proba-3:s Occulter-rymdfarkost kommer att flyga cirka 150 m bort från den andra Coronagraph-rymdfarkosten, som visas för media idag på Redwire Space-anläggningen i Kruibeke, Belgien, där de genomgår tester före flygning. Paret kommer att ställa sig i linje med solen så exakt att Occulter kastar en skugga på Coronagraphens framsida och stänger ut solen för att avslöja corona.
"De två rymdfarkosterna kommer att agera som om de vore ett enormt 150 meter långt instrument", förklarar Dietmar Pilz, ESA:s chef för teknik, teknik och kvalitet. "Att uppnå detta kommer dock att vara extremt tekniskt utmanande, eftersom den minsta snedställningen och det kommer inte att fungera. Utvecklingsprocessen har varit motsvarande lång - genomförd av ett konsortium av mindre ESA-medlemsstater ledda av Spanien och Belgien - så jag är mycket glad att se Proba-3 här idag, förberedd för lansering."
Den underliggande idén är inte ny:en cylindrisk Apollo-kapsel försökte göra samma sak för en sovjetisk Soyuz-rymdfarkost under Apollo-Soyuz Test Project 1975. Men syftet med Proba-3 är att producera dessa konstgjorda förmörkelser rutinmässigt genom exakt formationsflygning, i upp till sex timmar åt gången per 19 timmar och 36 minuters omloppsbana.
Solförmörkelser inträffar på grund av ett anmärkningsvärt kosmiskt sammanträffande:solen är 400 gånger större än jordens måne, men den är också exakt 400 gånger längre bort. Det betyder att när de två kropparna är just inriktade i rymden, täcker månen solens brinnande ansikte och avslöjar solkoronan som sträcker sig miljontals kilometer från vår moderstjärna.
Sällsynt område i vårt solsystem
Denna sällan skådade del av vårt solsystem är av intresse både vetenskapligt och praktiskt:en miljon grader varmare än solens yta under den ger koronan upphov till solvinden och rymdvädret, tillsammans med våldsamma utstötningar som kallas "koronal massa utstötningar" som driver rymdväder och solstormar, som potentiellt påverkar både satelliter i omloppsbana och markbundna kraft- och kommunikationsnätverk.
För att se mer av koronan kan specialiserade teleskop på marken och i omloppsbana som kallas "koronagrafer" innehålla "ockultande skivor" - noggrant konstruerade sköldar för att täcka solen inom deras synfält, som efterliknar en solförmörkelse. Men deras effektivitet begränsas av ett fenomen som kallas "diffraktion", där ströljus rinner över kanterna på koronagrafer. Sättet att minimera denna effekt är att flytta den ockultande skivan mycket längre bort från den observerande koronagrafen – men praktiska begränsningar för storleken på rymdfarkoster gjorde den lösningen opraktisk för rymden.
Fram till nu, alltså. Genom att flyga de två rymdfarkosterna i exakt formation ner till millimeters noggrannhet kommer Proba-3:s huvudinstrument ASPIICS (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the sun) att ge data som om det vore ombord på en enda stel rymdfarkost, vilket öppnar upp en tidigare svårfångad studieregion mellan 3 och 1,1 solradier från solen.
Denna noggrannhet kommer att erhållas genom att kombinera en serie av successivt mer exakta positioneringstekniker:satellitnavigering; radiobaserade inter-satellitlänkar, kameror med synligt ljus som riktar in sig på lysdioder och slutligen en laserstråle som reflekteras mellan rymdfarkoster. Proba-3:s andra instrument är en radiometer som mäter solens totala energiproduktion, viktig för klimatmodellering.
Formationsflygningen kommer att ske på helt autonom basis, mot toppen av varje 60 000 km höjdbana, där gravitations-, atmosfäriska och magnetiska störningar minimeras. Resten av tiden kommer paret att tillbringa resten av sin omloppsbana i passiv säker drift.
Som med alla ESA:s Proba-familj av teknikdemonstrationsuppdrag, ligger beviset på framgång i kvaliteten på de vetenskapliga data som produceras.
Att framgångsrikt uppnå exakt formationsflygning skulle möjliggöra en helt ny era för vetenskap och tillämpningar. Uppdrag kan flygas som är mycket större än någon enskild rymdfarkost – som gigantiska radio- och optiska interferometrisystem – medan exakta omloppsträffar skulle göra satellitservice i omloppsbana möjlig och förlänga livslängden för rymdinfrastrukturen.
Samtidigt drar medlemmar av Proba-3:s vetenskapsteam fördel av den nordamerikanska totala solförmörkelsen för att testa hårdvara designad för uppdraget:polariserande filterhjul som används i ASPIICS, samt en alternativ LED-teknik.
Tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationen
