Op 16 juni werden de eerste beelden afkomstig van de Proba-3 missie van de Europese Ruimtevaartorganisatie vrijgegeven: opnames van de buitenste atmosfeer van de zon, beter bekend als de zonnecorona. PROBA 3 bestaat uit twee satellieten, die dankzij innovatieve positioneringstechnologieën als één ruimtevaartuig kunnen vliegen. De twee zijn er dus in geslaagd hun eerste 'kunstmatige totale zonsverduistering' in een baan om de aarde te creëren. De resulterende coronale beelden tonen het potentieel van formatievliegtechnologieën, terwijl ze onschatbare wetenschappelijke gegevens leveren die ons begrip van de zon en zijn raadselachtige atmosfeer zullen verbeteren. En - voor we verder in detail over die eerste opnames spreken - tegen de OpenDeurDagen is er een maquette van de twee PROBA-3-satellieten op ware grootte bij Urania te bewonderen.
Twee ruimteschepen die als één vliegen
In maart realiseerde Proba-3 wat geen andere missie ooit had gedaan: de twee ruimtevaartuigen, de Coronagraph en de Occulter, vlogen 150 meter uit elkaar in perfecte formatie gedurende enkele uren zonder enige controle vanaf de grond.
Terwijl ze uitgelijnd zijn, behouden de twee hun relatieve positie tot op een enkele millimeter – een buitengewone prestatie mogelijk gemaakt door een reeks innovatieve navigatie- en positioneringstechnologieën.
Omdat de beide sondes die onderlinge posities met een dergelijke precisie kunnen blijven aanhouden, kunnen ze kunstmatige totale zonsverduisteringen in een baan om de aarde creëren. De Occulter is uitgerust met een 1,4 m grote schijf waarmee de zon bedekt wordt voor het Coronagraph-ruimtevaartuig. Een 8 cm grote schaduw komt daarbij terecht in ASPIICS, het instrument waarmee de zonsverduistering wordt waargenomen.
Dit instrument, een afkorting voor Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun, werd voor ESA ontwikkeld door een industrieel consortium onder leiding van Centre Spatial de Liège. Wanneer de 5 cm opening door de schaduw wordt bedekt, maakt het instrument beelden van de zonnecorona zonder onderbreking door het felle licht van de zon.
Het observeren van de corona is cruciaal voor het onthullen van zonnestormen, de continue stroom van zonnematerie naar de ruimte. Het is ook noodzakelijk voor het begrijpen van de werking van coronale massa-uitstotingen (CMEs), krachtige uitbarstingen op de zon die zich vooral voordoen bij perioden van hoge activiteit.
Dergelijke gebeurtenissen kunnen prachtige aurora's aan de nachtelijke hemel creëren, maar vormen ook ernstige bedreigingen voor moderne technologie. Ze kunnen communicatie, stroomvoorzieningen en navigatiesystemen op aarde aanzienlijk verstoren, zoals ze deden in mei 2024.
De coronale beelden die voortkomen uit de eerste rondes van ASPIICS's observaties bieden een glimp van de waardevolle gegevens die we van deze zonsverduisteringsmissie kunnen verwachten.
Dietmar Pilz, ESA-directeur Technologie, Engineering en Kwaliteit, merkt op: "Veel van de technologieën die Proba-3 in staat stelden om nauwkeurig formatievliegen uit te voeren, zijn ontwikkeld via ESA's General Support Technology Programme, net als de missie zelf. Het is spannend om te zien hoe deze verbluffende beelden onze technologieën valideren in wat nu 's werelds eerste precisieformatie-vliegmissie is."
De mysterieuze halo
De 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 lang een onderwerp in de wetenschappelijke gemeenschap.
Proba-3's ASPIICS pakt dit mysterie aan door de corona zeer dicht bij het oppervlak van de zon te bestuderen. Het kan ook meer details zien en zwakkere kenmerken detecteren dan traditionele coronagrafen, dankzij een drastische vermindering van de hoeveelheid 'verdwaald' licht die de detector bereikt.
Joe Zender, Proba-3 projectwetenschapper, voegt toe: “Het zien van de eerste gegevens van ASPIICS is ongelooflijk spannend. Samen met de metingen die zijn gedaan door een ander instrument aan boord, DARA, zal ASPIICS bijdragen aan het oplossen van langdurige vragen over onze thuisster.”
De Digitale Absolute Radiometer (DARA) zal de totale zonnestraling meten - precies hoeveel energie de zon op elk moment afgeeft. Een derde wetenschappelijk instrument op Proba-3, de 3D Energetische Elektronenspectrometer (3DEES), zal elektronen in de stralingsgordels van de aarde detecteren en de richting van hun oorsprong en hun energieniveaus meten.
Zelf zonsverduisteringen maken.
“Ik was absoluut opgetogen om de beelden te zien, vooral omdat we ze bij de eerste poging hebben gekregen,” merkt Andrei Zhukov op, hoofdonderzoeker voor ASPIICS bij het Koninklijk Observatorium van België. “Nu werken we eraan om de observatietijd te verlengen tot zes uur in elke omloopbaan.”
De beelden werden verwerkt door het ASPIICS Science Operations Centre (SOC), gehuisvest bij de Koninklijke Sterrenwacht van België. Hier creëert een toegewijd team van wetenschappers en ingenieurs operationele commando's voor de coronagraaf op basis van verzoeken van de wetenschappelijke gemeenschap. Achteraf worden de resultaten verdeeld.
Andrei legt uit: “Elke volledige afbeelding – die het gebied van de verduisterde zon tot aan de rand van het gezichtsveld bestrijkt – wordt eigenlijk opgebouwd uit drie afbeeldingen. Het verschil daartussen is alleen de belichtingstijd, die bepaalt hoe lang de opening van de coronagraaf aan licht wordt blootgesteld. Door de drie afbeeldingen te combineren, krijgen we het volledige beeld van de corona.
Onze 'kunstmatige eclips'-beelden zijn vergelijkbaar met die genomen tijdens een natuurlijke eclips. Het verschil is dat we onze eclips kunnen creëren eens per 19,6-uurs baan, terwijl totale zonsverduisteringen natuurlijk slechts ongeveer één keer, heel zelden twee keer per jaar voorkomen. Bovendien duren natuurlijke totale eclipsen slechts enkele minuten, terwijl Proba-3 zijn kunstmatige eclips tot 6 uur kan vasthouden.
Proba-3-missiemanager Damien Galano merkt op: "Door twee ruimtevaartuigen één gigantische coronagraaf in de ruimte te laten vormen, konden we de binnenste corona vastleggen met zeer lage niveaus van strooilicht in onze observaties, precies zoals we verwachtten."
"Hoewel we nog in de ingebruiknamefase zijn, hebben we al nauwkeurig formatievliegen bereikt met ongekende nauwkeurigheid. Dit stelde ons in staat om de eerste beelden van de missie vast te leggen, die ongetwijfeld van grote waarde zullen zijn voor de wetenschappelijke gemeenschap."
"Het formatievliegen werd autonoom uitgevoerd, maar voorlopig nog onder toezicht van het grondcontroleteam, dat klaarstond om in te grijpen om eventuele afwijkingen te corrigeren. Onze enige resterende taak is volledige autonomie te bereiken, wanneer ons vertrouwen in het systeem zodanig is dat we niet eens routinematig vanaf de grond zullen monitoren."
Nieuwe kansen voor 'digitale eclipsen'
De adembenemende beelden van Proba-3 veroorzaken ook een kleine revolutie in de manier waarop computermodellen de zonnecorona simuleren en 'digitale eclipsen' creëren.
In de afgelopen jaren hebben verschillende instituten in Europa modellen ontwikkeld om deze observaties 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.
"Huidige coronagrafen kunnen niet tippen aan Proba-3, die de corona van de zon zal observeren tot bijna aan de rand van het zonneoppervlak. Tot nu toe was dit alleen mogelijk tijdens natuurlijke zonsverduisteringen," zegt Jorge Amaya, Space Weather Modelling Coordinator bij ESA.
"Deze enorme stroom van observaties zal helpen om computermodellen verder te verfijnen, terwijl we variabelen vergelijken en aanpassen om overeen te komen met de echte beelden. Samen met het team van KU Leuven, dat achter een dergelijk model staat, hebben we een simulatie kunnen maken van de eerste observaties van Proba-3."
KU Leuvens 'COCONUT' software is een van de vele zonnecoronamodellen geïntegreerd binnen ESA's Virtual Space Weather Modelling Centre (VSWMC). Het kan worden gecombineerd met een breed scala aan computermodellen die andere fysieke processen beschrijven die de zon met de aarde verbinden. Samen helpen ze een uitgebreid beeld te bieden van de zonnige verschijnselen die onze planeet beïnvloeden en helpen ze burgers en industrie zich hiertegen voor te bereiden.
Over Proba-3
De Proba-3 missie wordt geleid door ESA en samengesteld door een consortium onder leiding van het Spaanse Sener, met deelname van meer dan 29 bedrijven uit 14 landen en met belangrijke bijdragen van GMV en Airbus Defence and Space in Spanje en Redwire Space en Spacebel in België. De missie werd gelanceerd op 5 december 2024 met een PSLV-XL draagraket vanaf het Satish Dhawan Space Centre in Sriharikota, India.
