【科普文章】Proba3--太空中的双人芭蕾

Proba3

太空中的双人芭蕾

技术做到极致变成了艺术

      Proba3是欧空局的一个新项目，这个项目的设计非常有趣：一个探测器的两部分在近地轨道上结伴精确飞行，通过姿态调整，组成一架150m的日冕仪望远镜。

这样设计的原因要从日冕仪的原理说起。

      日冕仪，是用来看日冕的仪器，日冕的亮度相比于太阳本身来说非常微弱，一般的光学传感器在有太阳直接照射的时候就会完全饱和，无法拍摄日冕。所以就需要遮光板来遮住太阳本身，人为制造日食。

在日冕仪的制造中，最大的挑战不是分辨率，而是杂散光。

      上图是HAO 日冕仪观测的太阳日冕，放大可以看到边缘部分有很多条纹，这些就是杂散光。

下面是网课时间

回顾大学物理中忘的差不多的光学o(╥﹏╥)o

著名的泊松亮斑实验

      小圆盘遮住强光源之后会在光屏上的黑影中心有个亮斑，也就是泊松亮斑，另外，在圆盘影子的边缘附近，也有大量环状条纹，这些是衍射产生的。这些由圆盘边缘衍射出来的“乱七八糟”的光，在日冕仪里面，就是杂散光。杂散光抑制是个很活跃的课题，山东大学的夏利东教授在这方面做出了很多成果，牵头研制成功我国首台地基日冕仪样机。

因此

杂散光抑制最暴力的办法就是

“大”

越大的离镜头越远的遮光片，效果越好。

没有对比就没有伤害

来看一张用月亮当遮光片时候（日食）的日冕：

    就丝毫没有人造日冕仪时候的杂散光，而且细节非常清晰，比友商人造日冕仪好了几个数量级。

回到欧空局的Proba3项目，

为了更少的杂散光，

遮光片就要放的尽量长尽量远。

当前使用最多的SOHO/LASCO 效果是这样的：

LASCO的尺寸如下图所示，可见其尺寸不大。

      所以LASCO在杂散光的抑制上下了很大功夫，一定程度上得益于当时欧洲先进的精密光学水平。

如果有更大的尺寸，

就能获得更好的成像结果。

（大家可能会想这不是废话吗！）

但是

另外一个无法忽视的问题是“载荷”。

     火箭运载能力就那么大，多带1立方米就会增加天文数字的成本，这个时候又想要又大又长的日冕仪光学系统。

      欧空局（ESA）给出的解决方案就是把光学系统分成两部分，相隔150m，这两部分通过精确的飞控来确保相对位置。

     在近地空间轨道上高速运行的时候保持毫米级的位置误差，保证在6小时左右的观测时间内遮光片始终准确的遮挡住太阳从而实现日冕的成像。

      这种设计，把望远镜的两部分，在空旷的太空里不需要担心水汽和尘埃，不需要像地面望远镜一样把整个光学系统用大盒子包起来。而分成两部分，恰好解决在了火箭载荷能力下想要获得更大尺寸的光学系统这个痛点。

最后提一下预计发射时间，

2022年中期。

（别信，ESA是神鸽）

图源：Eclipse Day Fun: Making a Coronagraph -NSO

【wikipedia poissonspot】

文章链接：https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/ESA_s_next_Sun_mission_will_be_shadow-casting_pair

THE

END

撰稿：张沛锦

美编：刘俞伶

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