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The ASPIICS solar coronagraph aboard the Proba-3 formation flying mission. Scientific objectives and instrument design

Este artículo describe los objetivos científicos y el diseño del coronógrafo ASPICS, un instrumento novedoso a bordo de la misión Proba-3 de la ESA que utiliza una separación de vuelo en formación de 144 metros entre un ocultador externo y un telescopio para observar la corona solar interna con una claridad y una baja luz dispersa sin precedentes.

Autores originales: A. N. Zhukov, C. Thizy, D. Galano, B. Bourgoignie, L. Dolla, C. Jean, B. Nicula, S. Shestov, C. Galy, R. Rougeot, J. Versluys, J. Zender, P. Lamy, S. Fineschi, S. Gunar, B. Inhester, M. Mierla, P. Rud

Publicado 2026-07-07✓ Author reviewed ⓘ

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CC BY 4.0

Autores originales: A. N. Zhukov, C. Thizy, D. Galano, B. Bourgoignie, L. Dolla, C. Jean, B. Nicula, S. Shestov, C. Galy, R. Rougeot, J. Versluys, J. Zender, P. Lamy, S. Fineschi, S. Gunar, B. Inhester, M. Mierla, P. Rudawy, K. Tsinganos, S. Koutchmy, R. Howard, H. Peter, S. Vives, L. Abbo, C. Aime, K. Aleksiejuk, J. Baran, U. Bak-Steslicka, A. Bemporad, D. Berghmans, D. Besliu-Ionescu, S. Buckley, O. Buiu, G. Capobianco, I. Cimoch, E. DHuys, C. E. DeForest, M. Dziezyc, K. Fleury-Frenette, S. E. Gibson, S. Giordano, L. Golub, K. Grochowski, P. Heinzel, A. Hermans, J. Jacobs, S. Jejcic, N. Kranitis, F. Landini, D. Loreggia, J. Magdalenic, D. Maia, C. Marque, R. Melich, M. Morawski, M. Mosdorf, V. Noce, P. Orleanski, A. Paschalis, R. Peresty, L. Rodriguez, D. B. Seaton, L. Short, J. -F. Simar, M. Steslicki, R. Sorensen, G. Terrasa, N. Van Vooren, F. Verstringe, L. Zangrilli

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

La Gran Idea: Una máquina de "eclipse" espacial

Imagina que intentas tomar una foto de la llama de una vela situada justo al lado de un foco cegadoramente brillante. Si miras directamente a la vela, el resplandor del foco la borrará por completo. Este es el problema que enfrentan los astrónomos al intentar estudiar la corona solar (la atmósfera exterior del Sol). La superficie del Sol es tan brillante que oculta la tenue y vaporosa corona, excepto durante un eclipse solar total en la Tierra, que solo dura unos minutos y ocurre rara vez.

Aquí entra ASPIICS, una cámara especial en una misión llamada Proba-3. En lugar de esperar un eclipse poco común, Proba-3 crea su propio "eclipse artificial" en el espacio.

Cómo funciona: El baile de los dos satélites

La mayoría de los telescopios espaciales son unidades individuales. Proba-3 es diferente; consiste en dos naves espaciales separadas que vuelan en una formación precisa, como una pareja de baile.

El Satélite Ocultador (La "Mano"): Un satélite lleva un disco circular grande (el ocultador). Piensa en esto como una mano gigante levantada para bloquear el foco cegador (el Sol).
El Satélite Coronógrafo (El "Ojo"): El segundo satélite lleva la cámara (ASPIICS). Vuela aproximadamente a 144 metros (472 pies) detrás del primero.

Debido a que los dos satélites están tan separados, la "mano" puede bloquear el Sol perfectamente sin proyectar una sombra que sea demasiado pequeña o distorsionada. Esto crea un túnel de sombra largo y oscuro donde se encuentra la cámara. Dentro de este túnel, la cámara puede ver la tenue corona con claridad, libre del resplandor cegador de la superficie del Sol.

La Analogía: Imagina que intentas ver una luciérnaga junto a un reflector de un estadio. Si sostienes una moneda cerca de tu ojo para bloquear la luz, la sombra de la moneda es difusa y pequeña. Pero si tienes a un amigo sosteniendo un letrero grande a 30 metros de distancia, el letrero proyecta una sombra larga, nítida y oscura. Puedes pararte en esa sombra y ver la luciérnaga perfectamente. Eso es exactamente lo que hace Proba-3.

Por qué esto es importante: Llenando el "eslabón perdido"

Durante mucho tiempo, los astrónomos han tenido un "vacío" en su visión del Sol:

Cámaras de primer plano (como las del satélite SDO) pueden ver la superficie del Sol y la base de la atmósfera, pero se quedan ciegas si miran demasiado hacia afuera.
Cámaras lejanas (como LASCO del satélite SOHO) pueden ver la corona exterior, pero pierden la parte crucial de la zona interna donde comienzan a suceder las cosas.

ASPIICS llena este vacío. Puede ver la corona desde justo por encima de la superficie del Sol (1.099 veces el radio solar) hasta 3 veces el radio del Sol. Es como tener una cámara que puede ver toda la "atmósfera" del Sol en una vista continua y clara, desde el nivel del suelo hasta la estratosfera.

Qué esperan aprender

El artículo describe tres misterios que ASPIICS espera resolver:

¿Por qué la atmósfera del Sol es tan caliente? La superficie del Sol tiene unos 5,500 °C, pero la corona alcanza millones de grados. Es como alejarse de una fogata y, de repente, quemarse por una ráfaga de calor. ASPIICS buscará ondas diminutas y "chasquidos" magnéticos que podrían estar bombeando energía a la corona para calentarla.
¿De dónde viene el viento solar? El Sol lanza constantemente un flujo de partículas (viento solar) hacia la Tierra. A veces es una brisa suave; otras veces es un huracán. ASPIICS observará las "regiones de origen" para ver cómo nace y se acelera este viento.
¿Qué desencadena las tormentas solares? A veces el Sol estalla, enviando enormes nubes de gas magnetizado (Eyecciones de Masa Coronal o CME) hacia la Tierra. Estas pueden dañar satélites y redes eléctricas. ASPIICS observará el momento exacto en que estas erupciones comienzan, tratando de ver la "mecha" que enciende el fuego.

El Instrumento: Un ojo de alta tecnología

El instrumento ASPIICS es una cámara sofisticada diseñada para manejar condiciones extremas:

La Lente: Utiliza un conjunto especial de lentes para enfocar la tenue luz de la corona en un sensor digital.
Los Filtros: No solo toma fotos en blanco y negro. Utiliza "gafas de sol" especiales (filtros) para mirar colores específicos de luz. Algunos filtros muestran el gas caliente (2 millones de grados), mientras que otros muestran nubes de gas más frías y densas (prominencias).
La Cámara "Inteligente": El brillo del Sol varía drásticamente. La parte cercana al Sol es brillante; la parte lejana es tenue. Para capturar ambos, la cámara toma una serie de fotos con diferentes tiempos de exposición (como tomar una foto de una habitación oscura y una ventana brillante por separado) y las une en una sola imagen perfecta.

El Perfil de la Misión

Órbita: Los dos satélites vuelan en una órbita muy estirada y ovalada alrededor de la Tierra. Pasan unas 6 horas en la parte superior de esta órbita (el apogeo), donde pueden realizar su danza de vuelo en formación.
Precisión: Mantener dos satélites alineados dentro de unos pocos milímetros a una distancia de 144 metros es increíblemente difícil. Utilizan láseres, cámaras y GPS para mantenerse perfectamente alineados, asegurando que la sombra permanezca sobre la cámara.
Duración: La misión está planeada para durar dos años, lo que dará a los científicos cientos de horas de datos de alta calidad, mucho más de lo que cualquier eclipse solar total en la Tierra podría proporcionar jamás.

Resumen

En resumen, el instrumento ASPIICS en la misión Proba-3 es una herramienta revolucionaria que utiliza dos satélites volando en una formación precisa para crear un eclipse solar artificial permanente. Esto permite a los científicos ver la atmósfera interna del Sol con una claridad sin precedentes, ayudando a resolver acertijos de larga data sobre por qué la capa exterior del Sol es tan caliente, cómo se crea el viento solar y qué causa las peligrosas tormentas de clima espacial.

Resumen Técnico: El Coronógrafo Solar ASPIICS a bordo de la Misión de Vuelo en Formación Proba-3

Planteamiento del Problema
La corona solar, la fuente del viento solar y de las eyecciones de masa coronal (CME), sigue siendo insuficientemente comprendida en la región de la "corona media" (aproximadamente de 1.1 a 3 radios solares, $R_\odot$ ). Esta región representa una brecha observacional crítica: los imageros de Ultravioleta Extremo (EUV) (p. ej., SDO/AIA) observan típicamente la corona baja hasta $\sim1.27 R_\odot$ , mientras que los coronógrafos clásicos con ocultación externa (p. ej., SOHO/LASCO C2, STEREO/COR2) generalmente comienzan sus observaciones alrededor de $\sim2.2\text{--}2.5 R_\odot$ . Las observaciones desde tierra están limitadas por la dispersión atmosférica y las cortas duraciones de los eclipses. Además, los coronógrafos espaciales existentes luchan contra altos niveles de luz dispersa (straylight) al observar cerca del limbo solar, lo que oscurece estructuras coronales tenues y reduce la relación señal-ruido necesaria para estudiar fenómenos dinámicos como la propagación de ondas y la aceleración de las CME.

Metodología y Diseño del Instrumento
El artículo describe el instrumento ASPIICS (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun), lanzado el 5 de diciembre de 2024, a bordo de la misión Proba-3 de la Agencia Espacial Europea. La innovación central de la misión es una arquitectura de vuelo en formación compuesta por dos naves espaciales:

Nave Espacial Ocultadora (OSC): Porta un disco ocultador externo circular (radio $R_{EO} = 0.71088$ m) con un borde toroidal.
Nave Espacial Coronógrafa (CSC): Porta el telescopio ASPIICS.

Las dos naves mantienen una formación precisa con una distancia entre satélites (ISD) de aproximadamente 144 metros durante una ventana de 6 horas centrada en el apogeo de su órbita altamente elíptica (periodo de 19.63 horas). Esta distancia representa un aumento de dos órdenes de magnitud en comparación con los coronógrafos clásicos con ocultación externa (donde $D \sim 1$ m).

Características Técnicas Clave:

Supresión de Luz Dispersa (Straylight): La gran separación ( $D \approx 144$ m) reduce significativamente la intensidad de la luz difractada del ocultador externo, permitiendo observaciones hasta $1.099 R_\odot$ con baja luz dispersa.
Sistema Óptico: ASPIICS es un coronógrafo de tipo Lyot con una pupila de entrada de 50 mm y una distancia focal de 734.6 mm. Utiliza un ocultador interno y un stop de Lyot para bloquear la luz difractada.
Detectores y Filtros: El instrumento utiliza un sensor de píxel activo (APS) CMOS de $2048 \times 2048$ $2048 \times 2048$ píxeles con una escala de píxel de $2.817''$ $2.81 7^{''}$ . Emplea una rueda de filtros con seis ranuras:
- Banda Ancha (WBF): 5363–5658 Å (centrada en 5510 Å) para brillo total y brillo polarizado (con polarizadores de 0°, 60°, 120°).
- Banda Estrecha Fe XIV: Centrada en 5304 Å (línea verde) para plasma de $\sim2$ MK.
- Banda Estrecha He I D3: Centrada en 5877 Å para plasma de prominencias ( $\sim0.01$ MK).
Metrología: El vuelo en formación se mantiene mediante GNSS, un Sistema Basado en Visión (VBS) y un Sensor Fino Lateral y Longitudinal (FLLS) utilizando retroreflectores láser. ASPIICS también emplea un Sensor de Posición de Sombra (SPS) y un Emisor de Sensor de Posición del Ocultador (OPSE) para monitorear la alineación del ocultador externo respecto a la apertura del telescopio.
Procesamiento de Datos: Para manejar el alto rango dinámico de la corona, el instrumento utiliza un enfoque de "mapa de teselas" (tile map), dividiendo el detector en teselas de $64 \times 64$ píxeles. Se aplican diferentes tiempos de exposición a las distintas teselas y las etiquetas de calidad determinan qué teselas se conservan para la descarga de datos.

Resultados y Rendimiento
Las campañas de calibración en tierra (Bélgica e Italia, 2020–2021) confirmaron el rendimiento del instrumento:

Resolución: El sistema logra una resolución espacial de $2.817''$ por píxel (resolución lineal $\sim4085$ km a $1 R_\odot$ ), limitada por el tamaño del píxel en el campo de visión no vignetado ( $>1.174 R_\odot$ ).
Luz Dispersa (Straylight): Los modelos teóricos y los datos de puesta en servicio confirman que la luz difractada es dos órdenes de magnitud más débil que la señal coronal, validando el diseño para observar la corona interna.
Radiometría: La sensibilidad radiométrica fue medida en todos los canales, con el sesgo (bias) y la corriente oscura caracterizados (sesgo $\sim2050$ DN, corriente oscura $\sim3.3$ DN/s).
Cadencia Operativa: La cadencia sinóptica nominal es de 1 minuto, con la capacidad de alcanzar cadencias más altas (hasta 2 segundos) utilizando campos de visión reducidos.

Contribuciones Clave y Objetivos Científicos
ASPIICS está diseñado para llenar la brecha observacional entre los imageros EUV y los coronógrafos clásicos, permitiendo una cobertura continua desde $1.099 R_\odot$ hasta $3 R_\odot$ . El artículo detalla cuatro objetivos científicos principales:

Estructura de la Corona Quieta: Investigar la naturaleza de la corona en diferentes escalas, incluyendo la transición de líneas de campo magnético abiertas a cerradas, y determinar la configuración magnética de los streamers y agujeros coronales.
Calentamiento Coronal: Medir las propiedades de las ondas (ondas Alfvén, fluctuaciones de densidad) con alta cadencia para determinar su contribución al calentamiento coronal, particularmente en la corona magnéticamente cerrada.
Aceleración del Viento Solar: Estudiar el origen del viento solar lento, incluyendo la reconexión de intercambio, chorros (jets) y turbulencia, mediante la observación de la dinámica a pequeña escala en las regiones de origen del viento.
Iniciación y Evolución de las CME: Proporcionar observaciones de alta resolución y alta cadencia del inicio, aceleración y reestructuración de las CME en la baja corona ( $<3 R_\odot$ ). Esto incluye el análisis de la estructura de tres partes de las CME, las láminas de corriente y la conexión entre llamaradas y CME.

Significancia
El artículo afirma que ASPIICS representa un avance significativo en la coronografía espacial solar. Al aprovechar la única separación de vuelo en formación de 144 metros, logra un nivel de rechazo de luz dispersa y acceso a la corona interna ( $1.099 R_\odot$ ) previamente inalcanzable en el espacio. Esta capacidad permite, por primera vez, la observación continua de la dinámica de las CME desde su iniciación cerca de la superficie solar a través de su fase de aceleración, cerrando la brecha entre las observaciones EUV y las de luz blanca. El instrumento se espera que proporcione datos cruciales para resolver problemas pendientes sobre el origen del viento solar lento, los mecanismos físicos del calentamiento coronal y la iniciación de las CME y sus choques asociados. La misión sirve tanto como herramienta científica para la física solar como demostrador tecnológico para el vuelo en formación de precisión.