Honderden miljoenen mensen zullen volgende week getuige zijn van de totale zonsverduistering in Noord-Amerika, en zonnefysici van over de hele wereld stromen toe om hen te vergezellen. Eclipsen bieden een korte blik op de spookachtige omringende atmosfeer van de zon, de zonnecorona, die normaal onzichtbaar is door de schittering van de zon. Maar de corona zal binnenkort opengesteld worden voor meer langdurig onderzoek: vandaag heeft ESA in België de twee ruimtevaartuigen onthuld die deel uitmaken van de nieuwe Proba-3 missie, die gepland is om orbitale zonsverduisteringen te produceren op aanvraag.
Het Occulter-ruimtevaartuig van Proba-3 vliegt op ongeveer 150 m afstand van het tweede Coronagraph-ruimtevaartuig, dat vandaag aan de media wordt getoond in het Redwire Space-gebouw in Kruibeke, België, waar ze tests ondergaan voorafgaand aan de vlucht. Het tweetal zal zo precies op één lijn staan met de zon dat de Occulter een schaduw werpt op het oppervlak van de Coronagraph, waardoor de zon onzichtbaar wordt en de corona zichtbaar wordt. "De twee ruimtevaartuigen gedragen zich alsof ze één enorm 150 meter lang instrument zijn," legt Dietmar Pilz, ESA-directeur voor Technologie, Engineering en Kwaliteit, uit. "Het zal echter een enorme technische uitdaging zijn om dit voor elkaar te krijgen, want bij het kleinste foutje in de uitlijning zal het niet werken. Het ontwikkelingsproces is navenant lang geweest - uitgevoerd door een consortium van kleinere ESA-lidstaten onder leiding van Spanje en België - dus ik ben erg blij om Proba-3 hier vandaag te zien, klaargemaakt voor lancering."
Kunstmatige zonsverduisteringen produceren in een baan om de aarde
Het onderliggende idee is niet nieuw: een cilindrische Apollo-capsule probeerde hetzelfde te doen voor een Sovjet Sojoez-ruimtevaartuig tijdens het Apollo-Sojoez Testproject in 1975. Maar het doel van Proba-3 is om deze kunstmatige zonsverduisteringen routinematig te produceren door middel van precieze formatievluchten, gedurende maximaal zes uur per keer per baan van 19 uur en 36 minuten. Zonsverduisteringen ontstaan door een opmerkelijk kosmisch toeval: de Zon is 400 keer groter dan de Maan, maar staat ook precies 400 keer verder weg. Dit betekent dat wanneer de twee lichamen precies op één lijn staan in de ruimte, de Maan het vurige gezicht van de Zon bedekt en de zonnecorona onthult, die zich miljoenen kilometers van onze moederster uitstrekt.
Zelden geziene regio van ons zonnestelsel
Deze zelden geziene regio van ons zonnestelsel is zowel wetenschappelijk als praktisch interessant: een miljoen graden warmer dan het oppervlak van de zon eronder, geeft de corona aanleiding tot de zonnewind en ruimteweer, samen met gewelddadige uitbarstingen die bekend staan als 'coronale massa-uitbarstingen' die ruimteweer en zonnestormen aandrijven, die zowel satellieten in een baan om de aarde als aardse elektriciteits- en communicatienetwerken kunnen beïnvloeden. Om meer van de corona te zien, kunnen gespecialiseerde telescopen op de grond en in een baan genaamd 'coronagraphs' 'occulte schijven' bevatten - zorgvuldig ontworpen schilden om de zon binnen hun gezichtsveld te bedekken en zo een zonsverduistering na te bootsen. Maar hun effectiviteit wordt beperkt door een fenomeen dat 'diffractie' heet, waarbij strooilicht over de randen van coronachterschijven valt. De manier om dit effect te minimaliseren is om de occulte schijf veel verder van de waarnemende coronagraaf te plaatsen - maar praktische beperkingen van de grootte van ruimtevaartuigen maken die oplossing onpraktisch voor de ruimte.
Presteren als een enkel star ruimteschip
Tot nu dan. Door de twee ruimtevaartuigen in precieze formatie tot op de millimeter nauwkeurig te laten vliegen, zal het belangrijkste ASPIICS-instrument van Proba-3 (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun) gegevens opleveren alsof het aan boord van een enkel star ruimtevaartuig was, waardoor een voorheen ongrijpbaar onderzoeksgebied tussen 3 en 1,1 zonnestraal van de zon wordt ontsloten. Deze nauwkeurigheid wordt verkregen door het combineren van een reeks steeds preciezere plaatsbepalingstechnologieën: satellietnavigatie, radiogebaseerde inter-satellietverbindingen, zichtbaar-lichtcamera's die zich richten op LED's en tot slot een laserstraal die wordt gereflecteerd tussen de ruimtevaartuigen. Het tweede instrument van Proba-3 is een radiometer die de totale energie-output van de zon meet, wat belangrijk is voor klimaatmodellering.
Volledig autonoom formatievliegen
Het formatievliegen zal volledig autonoom plaatsvinden, naar de top van elke baan van 60 000 km hoogte, waar gravitationele, atmosferische en magnetische verstoringen geminimaliseerd worden. De rest van de tijd zal het paar passief en veilig rondzweven. Zoals bij alle Proba-technologie-demonstratiemissies van ESA zit het bewijs van succes in de kwaliteit van de wetenschappelijke gegevens die worden geproduceerd.
Proba-3 satellieten in de ruimte gaan functioneren - Foto: Kris Christiaens
Nieuwe soorten ruimtemissies mogelijk maken
Als het lukt om nauwkeurig in formatie te vliegen, zou dat een heel nieuw tijdperk voor wetenschap en toepassingen inluiden. Er zouden missies gevlogen kunnen worden die veel groter zijn dan een enkel ruimtevaartuig - zoals reusachtige arrays voor radio- en optische interferometrie in een baan om de aarde - terwijl een nauwkeurig rendez-vous in de ruimte het onderhoud van satellieten in een baan om de aarde mogelijk zou maken, waardoor de levensduur van de ruimte-infrastructuur verlengd zou worden. Ondertussen profiteren leden van het wetenschappelijke team van Proba-3 van de totale zonsverduistering in Noord-Amerika om hardware te testen die voor de missie is ontworpen: polarisatiefilterwielen die in ASPIICS worden gebruikt en een alternatieve LED-technologie.
Foto: Kris Christiaens
Tekst: ESA
