Proba-3 的两艘航天器以精确的编队飞行，相距约 150 米，在太空中形成一个外部日冕仪，一个航天器超越了太阳，让第二个航天器可以研究原本不可见的日冕。图片来源：ESA-P.卡里尔

欧洲航天局的 Proba-3 任务实现了一项太空奇迹：两颗卫星以完美的编队飞行，以按需模拟日全食。

他们的第一次人工日食提供了令人叹为观止的太阳外层大气图像，为科学家提供了前所未有的日冕一瞥。这些图像不仅加深了我们对太阳风暴和日冕之谜的理解，还证明了自主编队飞行的可行性。

Proba-3 公布了第一张日冕图像

6 月 16 日，欧洲航天局的 Proba-3 任务揭示了真正壮观的事情：它的第一张太阳外层大气（称为日冕）的图像。该任务使用两颗同步和谐飞行的卫星，在太空中创造了一次人工日全食——不需要月球。这一突破不仅产生了令人惊叹的图像，而且还提供了宝贵的科学数据，可以加深我们对太阳及其奇怪的超热大气层的理解。

在这张由 Proba-3 上的 ASPIICS 日冕仪于 2025 年 5 月 23 日拍摄的图像中，太阳的内日冕呈绿色，Proba-3 是欧洲航天局的编队飞行任务，能够在轨道上制造人工日全食。
这张在可见光谱中捕获的图像显示了日冕，类似于人眼在日食期间通过绿色滤光片看到日冕的方式。使用专门的图像处理算法揭示了头发状结构。图片来源：ESA/Proba-3/ASPIICS/WOW 算法

完美同步飞行

早在 3 月，Proba-3 就实现了世界首创。它的两颗卫星，分别命名为 Coronagraph 和 Occulter，以完美的编队飞行，相距仅 150 米。更令人印象深刻的是，他们完全在没有地面控制员帮助的情况下完成了这项工作。

得益于先进的导航技术，卫星的位置以毫米级的精度保持对齐。当以这种精确的配置飞行时，它们通过将 Occulter 宇宙飞船上的圆盘对准太阳前方来阻挡太阳的明亮中心，从而产生一个小而强大的阴影。

这个只有 8 厘米宽的微小影子直接落在日冕仪卫星上一个名为 ASPIICS 的仪器上。该设备旨在精细研究太阳的日冕，由比利时列日空间中心领导的欧洲团队开发。当阴影恰到好处地击中时，ASPIICS 能够对太阳微弱的外部光芒进行成像，而不会受到刺眼的中心光的干扰。

为了在计划的一次六个小时内形成从 Occulter 到 Coronagraph 的稳定日食，这对必须保持一毫米的精度，与普通指甲的厚度大致相同。这对搭档使用一套传感器自主完成这项工作。星际无线电链路、追踪 LED 的光学相机、通过角锥反射器反射回来的激光，最后是围绕 ASPIICS 孔径的阴影传感器，对星际跟踪器和卫星导航进行了补充。图片来源：ESA-F。宗诺

凝视太阳的风和风暴

观察日冕对于揭示太阳风至关重要，太阳风是物质从太阳持续流向外太空。这对于了解日冕物质抛射 （CME） 的工作原理也是必要的，日冕物质抛射 （CME） 是太阳几乎每天都会发出的粒子爆炸，尤其是在高活动期间。

此类事件可以在夜空中产生令人惊叹的极光，但也对现代技术构成严重威胁。它们会严重破坏地球上的通信、电力传输和导航系统，就像 2024 年 5 月所做的那样。

ASPIICS 第一轮观测产生的日冕图像让我们得以一窥这次日食制造任务的宝贵数据。

欧洲航天局技术、工程和质量总监 Dietmar Pilz 评论道：“许多使 Proba-3 能够执行精确编队飞行的技术都是通过欧洲航天局的一般支持技术计划开发的，任务本身也是如此。看到这些令人惊叹的图像在现在世界上第一个精确编队飞行任务中验证了我们的技术，真是令人兴奋。

2025 年 5 月 23 日，欧洲航天局 （ESA） 的编队飞行任务 Proba-3 上的 ASPIICS 日冕仪拍摄了一张图像，太阳的内日冕被人工着色为深绿色，能够在轨道上制造人工日全食。ASPIICS 仪器以两条不同的“光谱线”捕获日冕，每条线对应于日冕气体中包含的不同元素。这张图片显示了日冕绿线中的观测结果，日冕绿线是铁原子发射的光谱线，由于极高的温度而失去了一半的电子。这使我们能够看到日冕中最热的内容物，最高可达 200 万度。在左上角，可以看到一个热回路从太阳表面延伸到日冕，这种结构通常在太阳耀斑之后出现。图片来源：ESA/Proba-3/ASPIICS

太阳神秘的百万度光晕

太阳炽热的日冕温度达到 100 万摄氏度以上，比它下面的表面要热得多。这种违反直觉的温差长期以来一直是科学界的一个话题。

Proba-3 的 ASPIICS 正在通过研究非常靠近太阳表面的日冕来解开这个谜团。它还可以看到更多细节，由于到达探测器的“杂散”光量急剧减少，因此可以检测到比传统日冕仪更暗的特征。

Proba-3 项目科学家 Joe Zender 补充道：“看到来自 ASPIICS 的第一批数据令人难以置信地兴奋。结合机载另一台仪器 DARA 进行的测量，ASPIICS 将有助于解开关于我们家乡恒星的长期问题。

数字绝对辐射计 （DARA） 将测量太阳总辐照度——太阳在任何时间释放的能量。Proba-3 上的第三台科学仪器，即 3D 高能电子能谱仪 （3DEES），将检测地球辐射带中的电子，测量它们的起源方向和能级。

在这张照片中，太阳的内日冕呈淡黄色，由欧洲航天局 Proba-3 上的 ASPIICS 日冕仪于 2025 年 3 月 3 日拍摄，Proba-3 是欧洲航天局的编队飞行任务，能够在轨道上制造人工日全食。图片来源：ESA/Proba-3/ASPIICS

在轨道上构建 6 小时的 Eclipse

“看到这些图像，我非常兴奋，尤其是因为我们第一次尝试就得到了它们，”比利时皇家天文台 ASPIICS 首席研究员 Andrei Zhukov 评论道。“现在我们正在努力将每个轨道的观测时间延长到 6 小时。”

这些图像由比利时皇家天文台托管的 ASPIICS 科学运营中心 （SOC） 处理。在这里，一个由科学家和工程师组成的专门团队根据科学界的要求为日冕仪创建作命令，并分享结果。

Andrei 解释说：“每张完整的图像——覆盖从掩蔽的太阳一直到视野边缘的区域——实际上是由三张图像构成的。它们之间的差异只是曝光时间，它决定了日冕仪的光圈暴露在光线下的时间。将这三张图片结合起来，我们可以看到日冕的全貌。

“我们的'人工日食'图像与自然日食期间拍摄的图像相当。不同之处在于，我们可以每 19.6 小时的轨道产生一次日食，而日全食只自然发生一次，很少每年发生两次。最重要的是，自然日全食只持续几分钟，而 Proba-3 可以保持人工日食长达 6 小时。

2025 年 5 月 23 日，欧洲航天局 （ESA） 的编队飞行任务 Proba-3 上的 ASPIICS 日冕仪拍摄了一张照片，太阳的内日冕被人工着色为紫色，能够在轨道上制造人工日全食。这张图片显示了偏振白光中的日冕，使用一种特殊技术捕获，该技术使科学家能够将热日冕的偏振光与行星际尘埃散射的光分开。图片来源：ESA/Proba-3/ASPIICS

精确编队和任务自主性

Proba-3 任务经理 Damien Galano 指出：“让两个航天器在太空中形成一个巨大的日冕仪，使我们能够在观测中以非常低的杂散光水平捕捉到内日冕，正如我们预期的那样。

“虽然我们仍处于调试阶段，但我们已经以前所未有的精度实现了精确的编队飞行。这就是使我们能够捕捉到任务的第一批图像的原因，这无疑对科学界具有很高的价值。

“到目前为止，我们实现的编队飞行是自主进行的，但在地面控制团队的监督下进行，他们随时准备进行干预以纠正任何潜在的偏差。我们剩下的任务是实现完全自主，届时我们对系统的信心将如此之大，以至于我们甚至不会从地面进行例行监测。

欧洲航天局 （ESA） 编队飞行任务 Proba-3 上的 ASPIICS 日冕仪能够在太阳极紫外成像仪和传统日冕仪的视场之间的间隙中观测太阳的日冕，使其特别适合研究太阳内日冕。这张图片是 2025 年 5 月 23 日由不同任务中的三种不同欧洲仪器进行的观测组合：由 Proba-2 上的极紫外望远镜 （SWAP） 捕获的太阳圆盘（人工着色为黄色）;SOHO 上的 LASCO C2 日冕仪观察到的外日冕（红色）;以及内日冕（绿色），由 Proba-3 的 ASPIICS 日冕仪详细成像，填补了空白。图片来源：
ESA/NASA/Proba-2/Proba-3/SOHO/SWAP/ASPIICS/LASCO C2/WOW 算法

为太阳模拟革命提供动力

Proba-3 令人叹为观止的图像也引发了一场小革命，改变了计算机模型模拟日冕和创建“数字日食”的方式。

在过去的几年里，欧洲的几个研究所已经开发了模型来模拟这些观测结果，并为科学家提供了观察太阳的方法，但缺乏创建这些模拟所需的原始材料。

“目前的日冕仪无法与 Proba-3 相提并论，Proba-3 将观测太阳的日冕，几乎一直到太阳表面的边缘。到目前为止，这只有在自然日食期间才有可能，”欧洲航天局空间天气建模协调员 Jorge Amaya 说。

神秘的日冕——比太阳本身要热得多——是太空天气诞生的地方。我们已经有可以研究太阳、低日冕和高日冕的仪器。然而，在低日冕和高日冕之间有一个区域——一个间隙——很难观测。这个区域，在三个太阳半径内，基本上仍未被探索。通常，只有在日食期间才有可能观察到这个“间隙”区域。Proba-3 的 ASPIICS 仪器将把我们对太阳及其日冕的特写观察从 3 个太阳半径减少到仅 08 个太阳半径，从而可以持续研究太阳风和日冕物质抛射。图片来源：ESA-F。佐诺

“当我们比较和调整变量以匹配真实图像时，这种庞大的观测流将有助于进一步完善计算机模型。通过与鲁汶大学（KU Leuven）的团队合作，我们已经能够对 Proba-3 的首次观测进行模拟。

鲁汶大学的“COCONUT”软件是欧洲航天局虚拟空间天气建模中心 （VSWMC） 中集成的多个日冕模型之一。它可以与描述连接太阳和地球的其他物理过程的大量计算机模型相结合。总而言之，它们有助于提供影响地球的太阳现象的全面图像，并帮助公民和行业做好准备。

关于 Proba-3

Proba-3 是由欧洲航天局 （ESA） 领导的一项开创性任务，旨在以前所未有的精度研究太阳的外层大气。它由两个航天器组成，以超精确编队飞行，在轨道上制造人工日食，使科学家能够在没有中心盘刺眼眩光的情况下观察太阳难以捉摸的日冕。

Proba-3 于 2024 年 12 月 5 日由印度斯里哈里科塔的 Satish Dhawan 航天中心的 PSLV-XL 火箭发射，是一项重大国际合作的成果。该任务由西班牙的 Sener 管理，涉及来自 14 个国家的超过 29 家公司。主要合作伙伴包括西班牙的 GMV 和空中客车防务与航天公司，以及比利时的 Redwire Space 和 Spacebel。

这个雄心勃勃的项目不仅促进了我们对太阳物理学的理解，还展示了自主编队飞行和天基日冕学方面的尖端技术。