Oggi, la missione Proba-3 dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha svelato le sue prime immagini dell’atmosfera esterna del Sole, la corona solare. I due satelliti della missione, capaci di volare come un unico veicolo spaziale grazie a una suite di tecnologie di posizionamento a bordo, sono riusciti a creare la loro prima “eclissi solare totale artificiale” in orbita. Le immagini coronali risultanti dimostrano il potenziale delle tecnologie di volo in formazione, fornendo al contempo dati scientifici inestimabili che miglioreranno la nostra comprensione del Sole e della sua enigmatica atmosfera.
Proba-3, un team spaziale
A marzo Proba-3 ha raggiunto ciò che nessuna altra missione aveva fatto prima: i 2 veicoli, il Coronagraph e l’Occulter, hanno volato a 150 metri di distanza in perfetta formazione per diverse ore senza alcun controllo da terra. Pur allineata, la coppia mantiene la propria posizione relativa con una precisione di un singolo millimetro, un’impresa straordinaria resa possibile da un insieme di innovative tecnologie di navigazione e posizionamento.
Dimostrando il grado di precisione raggiunto, i veicoli utilizzano il loro tempo di volo in formazione per creare eclissi solari totali artificiali in orbita: si allineano con il Sole in modo che il disco di 1,4 metri trasportato da Occulter copra il disco luminoso del Sole per Coronagraph, proiettando un’ombra di 8 cm sul suo strumento ottico, ASPIICS.
Questo strumento, acronimo di “Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun”, è stato sviluppato per l’ESA da un consorzio industriale guidato dal Centre Spatial de Liège, in Belgio. Quando la sua apertura di 5 cm è coperta dall’ombra, lo strumento cattura immagini della corona solare ininterrotte dalla luce brillante del Sole.
L’osservazione della corona è fondamentale per rivelare il vento solare, il flusso continuo di materia dal Sole nello Apazio. È anche necessaria per comprendere il funzionamento delle espulsioni di massa coronale (CME), esplosioni di particelle inviate dal Sole quasi ogni giorno, specialmente durante i periodi di alta attività. Tali eventi possono creare splendide aurore nel cielo notturno ma anche rappresentare serie minacce per la tecnologia moderna. Possono interrompere significativamente le comunicazioni, la trasmissione di energia e i sistemi di navigazione sulla Terra, come accaduto nel maggio 2024.
Le immagini coronali risultanti dalle prime osservazioni di ASPIICS offrono un’anteprima dei preziosi dati che possiamo aspettarci da questa missione che crea eclissi.
Dietmar Pilz, Direttore per la Tecnologia, l’Ingegneria e la Qualità dell’ESA, commenta: “Molte delle tecnologie che hanno permesso a Proba-3 di eseguire un volo in formazione preciso sono state sviluppate attraverso il Programma di Supporto Tecnologico Generale dell’ESA, così come la missione stessa. È entusiasmante vedere queste immagini mozzafiato validare le nostre tecnologie in quella che è ora la prima missione al mondo di volo di precisione in formazione“.
L’alone misterioso
La corona infuocata del Sole raggiunge temperature superiori a un milione di gradi Celsius, molto più calde della superficie sottostante. Questa differenza di temperatura controintuitiva è stata a lungo un argomento di discussione nella comunità scientifica.
ASPIICS di Proba-3 sta affrontando questo mistero studiando la corona molto vicino alla superficie del Sole. Può anche vedere più dettagli, rilevando caratteristiche più deboli rispetto ai coronografi tradizionali grazie a una drastica riduzione della quantità di luce “diffusa” che raggiunge il rilevatore.
Joe Zender, project scientist di Proba-3, aggiunge: “Vedere i primi dati di ASPIICS è incredibilmente emozionante. Insieme alle misurazioni effettuate da un altro strumento a bordo, DARA, ASPIICS contribuirà a svelare domande di lunga data sulla nostra stella madre“.
Il Digital Absolute Radiometer (DARA) misurerà l’irradianza solare totale, ovvero quanta energia il Sole sta emettendo in un dato momento. Un terzo strumento scientifico su Proba-3, il 3D Energetic Electron Spectrometer (3DEES), rileverà gli elettroni nelle fasce di radiazione terrestre, misurando la loro direzione di origine e i livelli di energia.
Proba-3, come creare un’eclissi solare
“Ero assolutamente entusiasta di vedere le immagini, soprattutto perché le abbiamo ottenute al primo tentativo“, commenta Andrei Zhukov, principal investigator per ASPIICS presso il Royal Observatory of Belgium. “Ora stiamo lavorando per estendere il tempo di osservazione a 6 ore in ogni orbita“.
Le immagini sono state elaborate dall’ASPIICS Science Operations Centre (SOC) ospitato dal Royal Observatory of Belgium. Qui, un team dedicato di scienziati e ingegneri crea comandi operativi per il coronografo basati su richieste della comunità scientifica e condivide le osservazioni risultanti.
Zhukov spiega: “Ogni immagine completa, che copre l’area dal Sole occultato fino al bordo del campo visivo, è in realtà costruita da 3 immagini. La differenza tra queste è solo il tempo di esposizione, che determina per quanto tempo l’apertura del coronografo è esposta alla luce. Combinando le tre immagini otteniamo la visione completa della corona. Le nostre immagini di ‘eclissi artificiale’ sono paragonabili a quelle scattate durante un’eclissi naturale. La differenza è che possiamo creare la nostra eclissi una volta ogni orbita di 19,6 ore, mentre le eclissi solari totali si verificano naturalmente circa una, molto raramente due volte all’anno. Inoltre, le eclissi totali naturali durano solo pochi minuti, mentre Proba-3 può mantenere la sua eclissi artificiale per un massimo di 6 ore”.
Il responsabile della missione Proba-3, Damien Galano, osserva: “Avere 2 veicoli che formano un unico coronografo gigante nello Spazio ci ha permesso di catturare la corona interna con livelli molto bassi di luce diffusa nelle nostre osservazioni, esattamente come ci aspettavamo. Anche se siamo ancora nella fase di messa in servizio, abbiamo già raggiunto un volo in formazione preciso con una precisione senza precedenti. Questo è ciò che ci ha permesso di catturare le prime immagini della missione, che saranno senza dubbio di grande valore per la comunità scientifica. Il volo in formazione che abbiamo raggiunto finora è stato eseguito autonomamente, ma sotto la supervisione del team di controllo a terra, che era pronto a intervenire per correggere eventuali deviazioni. Il nostro ultimo compito è raggiungere la piena autonomia, quando la nostra fiducia nel sistema sarà tale da non monitorare nemmeno più di routine da terra“.
Nuove opportunità per le “eclissi digitali”
Le immagini mozzafiato di Proba-3 stanno anche innescando una piccola rivoluzione nel modo in cui i modelli computerizzati simulano la corona solare e creano “eclissi digitali”. Negli ultimi anni, diversi istituti in Europa hanno sviluppato modelli per simulare queste osservazioni e dare agli scienziati i mezzi per guardare il Sole, ma manca il materiale di partenza necessario per creare queste simulazioni.
“Gli attuali coronografi non sono all’altezza di Proba-3, che osserverà la corona del Sole quasi fino al bordo della superficie solare. Finora, questo era possibile solo durante le eclissi solari naturali“, afferma Jorge Amaya, goordinatore della modellazione del meteo spaziale presso l’ESA. “Questo enorme flusso di osservazioni aiuterà a perfezionare ulteriormente i modelli computerizzati man mano che confronteremo e aggiusteremo le variabili per corrispondere alle immagini reali. Insieme al team della KU Leuven, che è dietro uno di questi modelli, siamo stati in grado di creare una simulazione delle prime osservazioni di Proba-3“.
Il software “COCONUT” della KU Leuven è uno dei molteplici modelli coronali solari integrati nel Virtual Space Weather Modelling Centre (VSWMC) dell’ESA. Può essere combinato con una vasta gamma di modelli computerizzati che descrivono altri processi fisici che collegano il Sole alla Terra. Tutti insieme, aiutano a offrire un’immagine completa dei fenomeni solari che influenzano il nostro pianeta e aiutano cittadini e industria a prepararsi contro di essi.
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