Misja Proba-3 posłuży badaniu środkowej korony słonecznej

Misja Proba-3 pozwoli na obserwację środkowej korony słonecznej, do tej pory badanej tylko podczas rzadkich i krótkich zaćmień Słońca. W tej części korony są rozpędzane koronalne wyrzuty masy, czyli obłoki plazmy i pola magnetycznego wyrzucane ze Słońca, i wiatr słoneczny – powiedział PAP dr Marek Stęślicki.

Start misji jest planowany na środę 4 grudnia.

„W ramach misji Proba-3 wielokrotnie, automatycznie będzie tworzona i utrzymywana formacja dwóch sond kosmicznych na orbicie okołoziemskiej. Satelity będą się znajdować w stałej odległości 150 m od siebie, na linii przebiegającej przez środek tarczy Słońca” – powiedział dr Marek Stęślicki, heliofizyk z Zakładu Fizyki Słońca Centrum Badań Kosmicznych PAN i członek Naukowego Centrum Operacyjnego (Science Operations Centre) misji Proba-3 Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Formację utworzą koronograf, czyli teleskop do obserwacji korony słonecznej (Coronograph Spacecraft, CSC) o masie 340 kg, i tzw. okulter – element z dyskiem okulograficznym przesłaniającym tarczę Słońca (Occulter Spacecraft, OSC) – o masie 200 kg.

„W ten sposób powstanie sztuczne zaćmienie Słońca, które będzie trwało, póki ta formacja będzie utrzymywana, czyli przez około 6 godzin. W takich warunkach bardzo jasna tarcza słoneczna nie będzie przeszkadzać w obserwacji korony Słońca” – wyjaśnił dr Stęślicki.

Dodał, że działające na Ziemi koronografy mają elementy przesłaniające tarczę słoneczną wbudowaną w środku. „Jednak jeśli koronograf działa na Ziemi, to jasna atmosfera ziemska powoduje, że nie widzimy słabo świecących fragmentów korony słonecznej. Jeszcze poważniejszym problemem jest to, że w koronografie powstaje bardzo dużo zakłócającego obserwacje światła rozproszonego. Jest ono rozpraszane w wyniku zjawiska dyfrakcji, czyli uginania się fal na elementach optycznych wewnątrz teleskopu. Im większy koronograf, tym łatwiej sobie poradzić ze światłem rozproszonym, dlatego teleskopy na Ziemi są na ogół dużych rozmiarów” – zaznaczył ekspert.

Dodał, że ze względu na koszty w przestrzeń kosmiczną są wysyłane niewielkie koronografy, o ok. półtorametrowej długości. „W takim przypadku znacznie więcej światła rozproszonego powstaje wewnątrz teleskopu. Dlatego dysk okulograficzny, który przesłania Słońce, musi być dużo większy od tarczy Słońca, a to sprawia, że oglądamy tylko daleką koronę słoneczną” – tłumaczył heliofizyk.

Podkreślił, że misja Proba-3 ma pogodzić oba te światy: „Jej elementami będą koronograf i oddalony od niego o 150 m drugi satelita, który będzie zasłaniał Słońce. Dzięki takiemu układowi możemy umieścić dysk okulograficzny bardzo nisko zasłaniający tarczę słoneczną. A wtedy jesteśmy w stanie zobaczyć jednocześnie niską, dalszą koronę słoneczną, a także słabe erupcje przemieszczające się w polu widzenia instrumentu, ponieważ w przestrzeni kosmicznej nie maskuje ich jasna atmosfera ziemska. Dodatkowo, wewnątrz koronografu umieszczono filtry, które pozwalają obserwować Słońce w różnych długościach fal”.

CSC i OSC mają formę kostki o boku 1,5 m, podobną średnicę ma też dysk okulograficzny. Poruszające się po orbicie satelity za sprawą systemów sterujących niewielkimi silnikami będą utrzymywały stałą odległość 150 m od siebie z dokładnością do 3 mm.

"Chodzi o to, żeby dysk przesłaniał Słońce w interesującym nas stopniu. Czyli żeby nie zajmował zbyt wiele pola widzenia i odwrotnie, by światło słoneczne zza niego nie przeświecało. Stąd konieczność precyzyjnego umieszczenia dysku względem teleskopu. Taka formacja będzie utrzymywana przez ok. 6 godzin na każdy obieg Ziemi” – opowiadał dr Stęślicki.

Proba-3 będzie się poruszać wokół Ziemi po bardzo spłaszczonej eliptycznej orbicie, będzie ją pokonywać w ciągu ok. 20 godzin. W najbliższym punkcie satelity będą oddalone od powierzchni naszej planety o 600 km, w najdalszym – o 60 tys. km. "Taki kształt orbity sprawi, że gradient grawitacyjny w części orbity najdalszej Ziemi nie będzie zbyt duży, a to pozwoli ograniczyć ilość paliwa potrzebnego do utrzymania obu elementów formacji w odpowiedniej odległości i położeniu względem siebie oraz względem Słońca" – stwierdził.

Sondy Proba-3 (PRoject for On-Board Autonomy – projekt autonomii pokładowej) nie będą sterowane z Ziemi, ich systemy mają same będą dokonywać korekt kursu koniecznych dla precyzyjnego utrzymania formacji.

„Misja przede wszystkim pozwala na obserwację środkowej i niskiej korony słonecznej, do tej pory badanej dokładnie podczas zaćmień Słońca, a one występują raz-dwa razy do roku i trwają najwyżej 7-8 minut. Niską i jasną koronę słoneczną obserwujemy z teleskopów naziemnych, wysoką – z koronografów umieszczonych na orbicie. Proba-3 da nam pełen obraz od tej niskiej, poprzez średnią, do wysokiej korony” – podkreślił.

Dodał, że w środkowej części korony słonecznej „dzieją się bardzo interesujące rzeczy”: „Tam są rozpędzane koronalne wyrzuty masy, czyli duże ilości plazmy i pola magnetycznego, które są wyrzucane ze Słońca w przestrzeń międzyplanetarną. Kiedy trafiają na ziemskie pole magnetyczne, zaburzają je i m.in. tworzą zorze polarne. Obserwacja środkowej korony słonecznej pozwala też na badania wiatru słonecznego. To ciągły strumień cząstek emitowany przez Słońce i rozpędzany właśnie w środkowej koronie słonecznej. Codzienne sześciogodzinne obserwacje pozwolą dokładnie przyjrzeć się dynamicznym zjawiskom. Znacznie pogłębimy więc naszą wiedzę o źródłach pogody kosmicznej”.

Centrum operacyjne misji znajduje się w Redu (Belgia), a stacja naziemna w Santa-Maria na Azorach (Portugalia). Dane z satelitów będą trafiać do Redu, stamtąd będzie je otrzymywać międzynarodowa grupa badawcza w Science Operation Center (Naukowym Centrum Operacyjnym), do której należy dr Stęślicki.

„Obydwa obiekty wystartują połączone i dopiero na orbicie zaczną się rozdzielać, zanim ustawią się we właściwej pozycji. Przez ok. trzy miesiące po starcie, zanim Proba-3 osiągnie swoją właściwą orbitę, nie będziemy jeszcze mieli danych naukowych. W tej tzw. fazie rozruchu sprawdza się działanie wszystkich systemów satelity, wykrywa się i ewentualnie koryguje się błędy w oprogramowaniu albo działaniu aparatury. Dopiero później dostaniemy dane telemetryczne, które po przekonwertowaniu na obrazy będą stanowiły podstawę do pracy naukowej” – ocenił heliofizyk.

Wspomniał, że mniej więcej po dwóch latach wyczerpie się paliwo w satelitach, a oddziaływanie Księżyca ma stopniowo sprowadzać je coraz bliżej Ziemi. Misja zakłada, że najdalej trzy lata od wyłączenia silników obie sondy spłoną w ziemskiej atmosferze.

Rozpoczęte w 2001 r. misje kosmiczne Proba mają charakter badawczo-eksperymentalny. Ich głównym celem jest testowanie satelitów przeznaczonych do obserwacji Ziemi.

W tworzeniu misji Proba-3 Europejskiej Agencji Kosmicznej wzięło udział 40 firm i instytucji z 14 krajów, w tym siedem polskich podmiotów. Inżynierowie z CBK PAN odpowiadali m.in. za budowę koronografu, w szczególności jego zasilanie, komputer pokładowy oraz przekazywanie danych. Z kolei w gestii naukowców z Zakładu Fizyki Słońca CBK PAN leżą rozwijanie oprogramowania naukowego misji oraz planowanie pracy instrumentu na orbicie.

Satelity misji Proba-3 wyniesie na orbitę rakieta Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV-XL) z Centrum Kosmicznego Satish Dhawan na wyspie Sriharikota w Zatoce Bengalskiej (Indie). Start planowany jest na 4 grudnia na godz. 11.38 czasu środkowoeuropejskiego.(PAP)

Anna Bugajska