В настоящее время полные солнечные затмения происходят на Земле 14 раз в 18 лет и 11 дней, то есть в среднем раз в 16 месяцев. По данным NASA, в любом конкретном месте они происходят раз в 366 лет.

Миссия Европейского космического агентства (ЕКА) Proba-3, стартовавшая на ракете PSLV-XL из индийского космического центра имени Сатиша Дхавана 5 декабря 2024 года, не требует ни удачной географии, ни терпения и только что прислала первые снимки, которые наверняка впечатлят любителей затмений по всему миру. Это первая миссия, в ходе которой два спутника будут двигаться по орбите в «точной формации», один из которых будет играть роль Луны, затмевающей Солнце, а другой будет направлять телескоп на Солнце, чтобы запечатлеть его неуловимую корону.

Эти первые снимки, сделанные 23 мая в ходе первой успешной демонстрационной групповой полетной программы, готовятся уже десятилетие, и они дают представление о том, что будет дальше.

Солнечная корона

Солнечная корона, внешняя атмосфера Солнца, представляет собой загадку. Фотосфера Солнца, его поверхность, имеет температуру около 10 000 градусов по Фаренгейту (5500 градусов по Цельсию), но корона — два миллиона градусов по Фаренгейту (более 1,1 миллиона градусов по Цельсию) — примерно в 200 раз горячее. Ученым необходимо знать, почему и как это происходит, главным образом потому, что именно в короне генерируется солнечный ветер.

«Корона — это не только удивительное зрелище, но и лаборатория для изучения физики плазмы и основной источник космической погоды», — сказал Андрей Жуков, главный исследователь Ассоциации космических аппаратов для поляриметрических и имиджевых исследований короны Солнца (ASPIICS) из Королевской обсерватории Бельгии, выступая на конференции по солнечным затмениям в Левене, Бельгия.

Захват протуберанца

Наблюдения за короной крайне важны для понимания таких явлений, как солнечный ветер и выбросы корональной массы, которые могут нарушать работу систем электроснабжения и связи на Земле и вызывать эффектные проявления северного сияния. Однако снимки Proba-3 также помогут солнечным физикам увидеть особенности короны, которые иногда видны наблюдателям полных солнечных затмений. «Иногда вблизи Солнца наблюдаются облака относительно холодной плазмы, образующие то, что мы называем протуберанцами, — говорит Жуков. Протуберанцы гораздо холоднее, чем окружающая их миллионноградусная горячая плазма в короне, хотя и имеют температуру около 10 000 градусов Цельсия. «Мы очень рады, что нам удалось запечатлеть одну из таких структур на одном из первых снимков ASPIICS», — сказал Жуков.

Коронографы в космосе

Но есть проблема. Солнечный диск в миллион раз ярче короны и полностью перекрывает человеческий глаз. Корону можно увидеть только во время полного солнечного затмения. «Они неудобны, редки и длятся всего несколько минут, — говорит Жуков, — последнее полное солнечное затмение в Бельгии было в 1406 году, а следующее — в 2090-м. Вот почему у нас есть коронографы».

Коронограф — это устройство, прикрепленное к телескопу, которое блокирует прямой свет звезды — в данном случае Солнца — так, чтобы можно было увидеть все, что находится вокруг нее. Иногда это экзопланеты. В данном случае это корона. К сожалению, земная атмосфера рассеивает этот свет. В общем, в космосе они работают гораздо лучше. «Нынешние коронографы не сравнятся с Proba-3, который будет наблюдать солнечную корону почти до самого края солнечной поверхности», — говорит Хорхе Амайя, координатор по моделированию космической погоды в ЕКА. «До сих пор это было возможно только во время естественных солнечных затмений».

Первые снимки Proba-3

В марте два космических аппарата Proba-3 — спутник Coronagraph и спутник Occulter — в течение нескольких часов без вмешательства с Земли с миллиметровой точностью выравнивали друг друга на расстоянии 500 футов (150 метров). Спутник Occulter успешно перекрыл солнечный диск, чтобы отбросить тень на ASPIICS — чувствительный оптический прибор коронографа, который снимает корону. «Два космических аппарата, образующие в космосе один гигантский коронограф, позволили нам запечатлеть внутреннюю корону с очень низким уровнем паразитного света в наших наблюдениях, именно так, как мы и ожидали», — сказал Дэмиен Галано, руководитель миссии Proba-3. «Я был в полном восторге, когда увидел эти снимки, тем более что мы получили их с первой попытки», — сказал Жуков. «Это всего лишь тизер, потому что мы все еще находимся на стадии ввода в эксплуатацию».

Как создаются изображения Proba-3

Сами изображения были обработаны учеными и инженерами Центра научных операций ASPIICS в Королевской обсерватории Бельгии. Каждое полное изображение — охватывающее область от оккультированного солнца до края поля зрения — создается из трех снимков. «Разница между ними заключается только во времени экспозиции, которое определяет, как долго апертура коронографа подвергается воздействию света. Объединение трех изображений дает нам полную картину короны», — говорит Жуков. Наши снимки «искусственного затмения» сравнимы с теми, что были сделаны во время естественного затмения — разница в том, что мы можем создавать затмение раз в 19,6 часа по орбите».

За два года работы Proba-3 создаст около 1 000 часов изображений короны, и все желающие смогут скачать эти данные. «Мы придерживаемся политики открытых данных — некалиброванные данные будут опубликованы немедленно, чтобы каждый мог откалибровать свои собственные данные», — сказал Жуков.

Орбита «Пробы-3

Спутники Proba-3 на солнечных батареях имеют эллиптическую орбиту с перигеем (ближайшей точкой) в 373 мили (600 километров) и апогеем в 37 000 миль (60 000 километров). Они летят в строю только вблизи апогея, потому что в это время гравитация Земли, ее магнитное поле и атмосферное сопротивление наиболее слабы. Это позволяет спутникам использовать минимальное количество топлива для полета в строю. Спутник-коронаграф располагается на расстоянии 492 футов (150 метров) позади спутника-оккультиста — на два порядка дальше, чем любой другой космический коронаграф, — и полет в строю выполняется с точностью до одного миллиметра. Окклюдер высотой 4,4 фута (1,4 метра) отбрасывает на коронограф тень размером 3,15 дюйма (8 сантиметров). Примечательно, что все это делается автономно — Proba расшифровывается как «Проект бортовой автономии».

«Достигнутая точность необычайна», — сказал Дитмар Пильц, директор ЕКА по технологиям, инженерному обеспечению и качеству. «Это подтверждает наши многолетние технологические разработки и выводит ЕКА на передовые позиции в области формирующих полетов».

Первое искусственное солнечное затмение

Проба-3 не уникальна. В 1975 году в рамках совместной миссии США и Советского Союза в рамках испытательного проекта «Аполлон-Союз» было проведено первое наблюдение короны с использованием формационного полета: космический корабль «Аполлон» выступал в роли импровизированного коронографа, позволяя экипажу «Союза» фотографировать солнечную корону. Все было сделано вручную — изображение было получено через иллюминатор космического корабля «Союз», — говорит Жуков. Результаты были неутешительными, в основном из-за того, что газы от двигателей вокруг космического корабля рассеивали свет».

С Proba-3 концепция стала реальностью, и искусственные солнечные затмения станут возможными, открывая внутреннюю солнечную корону без необходимости ждать полного солнечного затмения. Отпугнет ли это любителей затмений? Ни в коем случае!