欧空局Proba-3任务以毫米级精度的编队飞行揭开了太阳炽热、光环状外层大气的面纱。

在一项令人惊叹的首次尝试中，两艘欧洲航天器以毫米级的完美编队飞行，在太空中制造了一次人造日食，捕捉到了迄今最清晰的、难以捉摸的太阳日冕图像。

欧洲空间局（ESA）的Proba-3任务发布了其首批太阳日冕图像，为人们提供了窥探太阳最神秘层次之一的罕见机会，该层次蕴藏着关于太阳风暴和空间天气的线索。

这一突破发生在携带日冕仪（Coronagraph）和掩星器（Occulter）的双星卫星取得非凡成就之后：它们以近乎完美的同步方式在相距150米的位置飞行，为科学研究创造了一个轨道上的全食日冕观测环境。

与必须应对杂散光和地球大气干扰的传统日冕仪不同，Proba-3完全在太空中完成了这一精密的操作。

外层空间的精度

掩星器用一个1.4米的屏蔽盘遮挡住太阳明亮的盘面，将一个直径8厘米的阴影投射到日冕仪的光学仪器ASPIICS上，后者随后捕捉到了日冕微弱、幽灵般的光晕。

凭借其5厘米的光圈，ASPIICS能够比以往任何时候都更接近太阳表面、更清晰地观测日冕。

“每张完整的图像 —— 覆盖了从被遮挡的太阳一直到视场边缘的区域 —— 实际上是由三张图像合成的。这些图像之间的区别仅在于曝光时间不同，曝光时间决定了日冕仪光圈暴露在光线下的时长。将这三张图像组合起来，我们就得到了日冕的全貌，”比利时皇家天文台ASPIICS首席研究员安德里·朱可夫（Andrei Zhukov）解释道。

这种人造日食每19.6小时就能生成一次，并可持续长达六小时，相较于每年仅发生一两次、转瞬即逝的自然日食，这是一个巨大的进步。

太阳日冕的温度神秘地高于其下方的太阳表面，对于理解太阳风和日冕物质抛射至关重要。这些剧烈的粒子爆发会引发极光，或干扰地球上的通信和电网。

Proba-3的早期观测已在帮助完善太阳模型，特别是在欧空局虚拟空间天气建模中心和鲁汶大学（KU Leuven）的COCONUT软件的支持下。

“看到ASPIICS传回的首批数据令人无比兴奋。结合卫星上另一台仪器DARA的测量数据，ASPIICS将有助于解答关于我们的母恒星（太阳）的长期未解之谜，”欧空局Proba-3项目科学家乔·曾德（Joe Zender）表示。

追求自主性

Proba-3的编队飞行依赖于在欧空局通用支持技术计划（GSTP）下开发的一套先进定位系统。

任务经理达米安·加拉诺（Damien Galano）表示，卫星首次实现了自主精确对准，地面控制中心随时准备介入，但未来的操作目标是实现完全自主。

“让两艘航天器在太空中组成一个巨大的日冕仪，使我们能够在观测中以极低的杂散光水平捕捉内层日冕，完全符合我们的预期，”加拉诺说。

“尽管我们仍处于调试阶段，但我们已经以前所未有的精度实现了精确的编队飞行。正是这一点使我们能够捕捉到任务的首批图像，这些图像无疑对科学界具有极高价值。”

该任务还携带了另外两台科学仪器：用于测量太阳总能量输出的数字绝对辐射计（DARA），以及研究地球辐射带中电子活动的三维高能电子谱仪（3DEES）。

Proba-3由西班牙Sener公司牵头、14个国家组成的联盟建造，比利时和印度提供了关键支持，于2024年12月搭乘PSLV-XL火箭从斯里哈里科塔发射升空。

科学家们目前正致力于延长日食观测窗口，并将数据输入模型，以期更精确地预报太阳活动。

“现有的日冕仪都无法与Proba-3匹敌，后者将观测太阳日冕，几乎一直看到太阳表面的边缘。迄今为止，这只有在自然日食期间才可能实现，”欧空局空间天气建模协调员豪尔赫·阿马亚（Jorge Amaya）说。

“如此大量的观测数据流，将帮助我们在比较和调整变量以匹配真实图像的同时，进一步完善计算机模型。我们与鲁汶大学的团队（他们是其中一个模型的开发者）合作，已经能够创建Proba-3首批观测的模拟。”

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