Vandaag onthult de Proba-3-missie van het Europees Ruimteagentschap de eerste beelden van de buitenste atmosfeer van de zon, de zonnecorona. De twee satellieten van de missie, die dankzij een reeks positioneringstechnologieën aan boord als één ruimtevaartuig kunnen vliegen, zijn erin geslaagd om hun eerste ‘kunstmatige totale zonsverduistering’ in een baan om de aarde te creëren. De resulterende coronale beelden demonstreren het potentieel van formatievliegtechnologieën en leveren wetenschappelijke gegevens van onschatbare waarde die ons begrip van de zon en haar raadselachtige atmosfeer zullen verbeteren.
Twee ruimtevaartuigen vliegen als één
In maart van dit jaar heeft Proba-3 bereikt wat geen enkele andere missie ooit heeft bereikt: de twee ruimtevaartuigen, de Coronagraph en de Occulter, vlogen enkele uren lang in perfecte formatie 150 meter uit elkaar zonder enige controle vanaf de grond. Terwijl ze op één lijn stonden, behielden de twee hun relatieve positie tot op de millimeter nauwkeurig - een buitengewone prestatie die mogelijk werd gemaakt door een reeks innovatieve navigatie- en plaatsbepalingstechnologieën. Om de bereikte mate van precisie te demonstreren, gebruiken de twee ruimtevaartuigen hun vliegtijd in formatie om kunstmatige totale zonsverduisteringen in een baan om de zon te creëren - ze lijnden zich zo uit met de zon dat de 1,4 m grote schijf van het Occulter-ruimtevaartuig de heldere zonneschijf voor het Coronagraph-ruimtevaartuig afdekte en een schaduw van 8 cm doorsnee op zijn optische instrument ASPIICS wierp.
Dit instrument, dat staat voor Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun, is voor ESA ontwikkeld door een industrieel consortium onder leiding van Centre Spatial de Liège, België. Wanneer de opening van 5 cm bedekt is door de schaduw, maakt het instrument beelden van de corona van de zon, zonder onderbreking van het felle licht van de zon. Het observeren van de corona is cruciaal voor het onthullen van de zonnewind, de continue stroom materie van de zon naar de ruimte. Het is ook nodig om de werking van coronamassa-ejecties (CME's) te begrijpen, explosies van deeltjes die bijna elke dag door de zon worden uitgezonden, vooral tijdens periodes van hoge activiteit. Zulke gebeurtenissen kunnen prachtige aurora's aan de nachtelijke hemel veroorzaken, maar vormen ook een ernstige bedreiging voor moderne technologie. Ze kunnen de communicatie, elektriciteitsvoorziening en navigatiesystemen op aarde ernstig verstoren, zoals in mei 2024.
De coronale beelden van de eerste observatierondes van ASPIICS bieden een glimp van de waardevolle gegevens die we kunnen verwachten van deze eclipsmissie. Dietmar Pilz, ESA Director of Technology, Engineering and Quality, zegt hierover: "Veel van de technologieën die Proba-3 in staat stelden om precieze formatievluchten uit te voeren, zijn ontwikkeld via ESA's General Support Technology Programme, net als de missie zelf. Het is opwindend om te zien dat deze verbluffende beelden onze technologieën valideren in wat nu 's werelds eerste missie voor precisieformatievliegen is."
Foto: ESA/Proba-3/ASPIICS
De mysterieuze halo
De vurige corona van de zon bereikt temperaturen van meer dan een miljoen graden Celsius, veel heter dan het oppervlak eronder. Dit contra-intuïtieve temperatuurverschil is al lange tijd een onderwerp in de wetenschappelijke gemeenschap. ASPIICS van Proba-3 pakt dit mysterie aan door de corona heel dicht bij het oppervlak van de zon te bestuderen. Hij kan ook meer details zien en zwakkere kenmerken detecteren dan traditionele coronameters dankzij een drastische vermindering van de hoeveelheid ‘strooilicht’ dat de detector bereikt. Joe Zender, Proba-3 projectwetenschapper, voegt hieraan toe: "Het zien van de eerste gegevens van ASPIICS is ongelooflijk opwindend. Samen met de metingen van een ander instrument aan boord, DARA, zal ASPIICS bijdragen aan het ontrafelen van langdurige vragen over onze thuisster." De Digital Absolute Radiometer (DARA) zal de totale zonne-instraling meten - precies hoeveel energie de zon op een bepaald moment uitstraalt. Een derde wetenschappelijk instrument op Proba-3, de 3D Energetic Electron Spectrometer (3DEES), zal elektronen in de stralingsgordels van de aarde detecteren en hun oorsprongsrichting en energieniveaus meten.
Foto: ESA/Proba-3/ASPIICS
Hoe maak je een zonsverduistering?
“Ik was absoluut opgetogen toen ik de beelden zag, vooral omdat we ze bij de eerste poging hadden,” zegt Andrei Zhukov, hoofdonderzoeker voor ASPIICS bij de Koninklijke Sterrenwacht van België. “Nu werken we eraan om de observatietijd uit te breiden naar zes uur in elke baan.” De beelden werden verwerkt door het ASPIICS Science Operations Centre (SOC) van de Koninklijke Sterrenwacht van België. Hier maakt een toegewijd team van wetenschappers en ingenieurs operationele opdrachten voor de coronagraaf op basis van verzoeken van de wetenschappelijke gemeenschap en deelt het de resulterende waarnemingen.
Andrei legt uit: "Elk volledig beeld - dat het gebied van de verduisterde zon tot aan de rand van het beeldveld beslaat - is eigenlijk opgebouwd uit drie beelden. Het verschil daartussen is alleen de belichtingstijd, die bepaalt hoe lang het diafragma van de coronagraaf wordt blootgesteld aan licht. Door de drie beelden te combineren, krijgen we het volledige beeld van de corona. "Onze ‘kunstmatige eclipsbeelden’ zijn vergelijkbaar met de beelden die tijdens een natuurlijke eclips zijn gemaakt. Het verschil is dat we onze eclips eens in de 19,6 uur durende baan kunnen creëren, terwijl totale zonsverduisteringen in de natuur maar één, heel zelden twee keer per jaar voorkomen. Bovendien duren natuurlijke totale eclipsen maar een paar minuten, terwijl Proba-3 zijn kunstmatige eclips tot wel 6 uur kan vasthouden."
Proba-3 missiemanager Damien Galano merkt op: "Doordat twee ruimtevaartuigen één gigantische coronagraaf in de ruimte vormen, konden we de binnenste corona vastleggen met zeer lage niveaus van strooilicht in onze waarnemingen, precies zoals we verwachtten. "Hoewel we nog in de ingebruikname fase zitten, hebben we al een precieze formatievlucht met ongekende nauwkeurigheid bereikt. Hierdoor konden we de eerste beelden van de missie vastleggen, die ongetwijfeld van grote waarde zullen zijn voor de wetenschappelijke gemeenschap. "De formatievluchten die we tot nu toe hebben gemaakt, werden autonoom uitgevoerd, maar onder toezicht van het grondcontroleteam, dat klaarstond om in te grijpen om mogelijke afwijkingen te corrigeren. Onze enige overgebleven taak is het bereiken van volledige autonomie, wanneer ons vertrouwen in het systeem zodanig zal zijn dat we niet eens routinematig toezicht vanaf de grond zullen houden."
Nieuwe mogelijkheden voor 'digitale verduisteringen
De adembenemende beelden van Proba-3 ontketenen ook een kleine revolutie in de manier waarop computermodellen de corona van de zon simuleren en ‘digitale verduisteringen’ creëren. De afgelopen jaren hebben verschillende instituten in Europa modellen ontwikkeld om deze waarnemingen te simuleren en wetenschappers de middelen te geven om naar de zon te kijken, maar het bronmateriaal dat nodig is om deze simulaties te maken ontbreekt. "De huidige coronameters zijn geen partij voor Proba-3, die de corona van de zon tot bijna aan de rand van het zonneoppervlak zal observeren. Tot nu toe was dit alleen mogelijk tijdens natuurlijke zonsverduisteringen," zegt Jorge Amaya, Space Weather Modelling Coordinator bij ESA.
"Deze enorme stroom aan waarnemingen zal helpen om de computermodellen verder te verfijnen, omdat we variabelen kunnen vergelijken en aanpassen zodat ze overeenkomen met de echte beelden. Samen met het team van de KU Leuven, dat achter één zo'n model zit, hebben we een simulatie kunnen maken van de eerste waarnemingen van Proba-3." De ‘COCONUT’-software van de KU Leuven is een van de vele coronale zonnemodellen die geïntegreerd zijn in ESA's Virtual Space Weather Modelling Centre (VSWMC). Het kan worden gecombineerd met een groot aantal computermodellen die andere fysische processen beschrijven die de zon met de aarde verbinden. Samen bieden ze een uitgebreid beeld van de zonneverschijnselen die onze planeet beïnvloeden en helpen ze burgers en industrie om zich hierop voor te bereiden.
Bron: ESA
