A consistency check for the calibration of 5303Å solar coronal emission line observations with Aditya-L1/VELC

Resumen Técnico: Calibración Radiométrica de Aditya-L1/VELC a 5303Å

Planteamiento del Problema
Los estudios cuantitativos de la corona solar requieren una calibración radiométrica precisa para convertir los conteos del detector en unidades físicas absolutas de brillo. Mientras que los coronógrafos terrestres enfrentan limitaciones de duración y condiciones climáticas, los instrumentos espaciales como el Coronógrafo de Línea de Emisión Visible (VELC) en la misión Aditya-L1 ofrecen un monitoreo continuo. Sin embargo, realizar una calibración absoluta en órbita es un desafío porque no se pueden utilizar las fuentes de luz de laboratorio tradicionales. Los coronógrafos espaciales previos (por ejemplo, LASCO en SoHO, METIS en Solar Orbiter) han dependido de las observaciones de estrellas brillantes o planetas (como Júpiter) para la calibración fotométrica. El VELC presenta una oportunidad única para utilizar al propio Sol como fuente de calibración, un método que no se ha empleado previamente para coronógrafos solares espaciales de esta manera, siempre que la intensa luz del disco pueda ser atenuada de forma segura.

Metodología
Los autores emplearon un enfoque de doble fuente para verificar la calibración radiométrica del canal de 5303Å del VELC:

1. Observación del Disco Solar (Fuente de Calibración Primaria):

   • Atenuación: Para evitar la saturación del detector por la luz del disco solar (que es $\approx 10^6$ veces más brillante que la corona), se colocó un filtro de Densidad Neutra (ND) diseñado a medida con una transmisión de $\approx 0.64 \times 10^{-4}$ a 5303Å sobre una apertura de 45 mm dentro de la Apertura de Entrada (EA) de 147 mm.
   • Apuntamiento: El satélite se desvió $\pm 16'$ del centro del Sol para permitir que la luz atenuada del disco entrara en el campo de visión sin golpear el occulter interno.
   • Medición: Las observaciones se realizaron utilizando la rendija 4. Se registró el conteo medido en el detector en el centro del disco solar, corregido por tiempo de exposición, ganancia y la transmisión del filtro ND, y normalizado al tamaño completo de la EA.

2. Observación de Sirius-A (Verificación de Consistencia):

   • Configuración: El satélite se desvió $135^\circ$ para alinear el occulter con Sirius-A, y el obturador de la EA se mantuvo abierto (sin filtro ND). La estrella se desvió $\pm 19'$ para aparecer en el campo de visión.
   • Medición: Se midió el conteo del detector para Sirius-A y se corrigió por tiempo de exposición y ganancia.
   • Medición de la PSF: La Función de Dispersión de Punto (PSF) se derivó del perfil espacial de Sirius-A.

3. Verificación Cruzada:

   • Los autores calcularon el conteo esperado del detector para Sirius-A basándose en el flujo calibrado del disco solar y la relación de flujo conocida entre el Sol y Sirius-A a 1 UA (asumiendo que el flujo en L1 es equivalente al de la Tierra). Este valor esperado se comparó con el conteo real medido para Sirius-A.

Contribuciones Clave

• Enfoque de Calibración Novedoso: El artículo demuestra una exitosa calibración radiométrica de un coronógrafo espacial utilizando la propia luz del disco solar atenuada por un filtro ND, ofreciendo una alternativa a los métodos de calibración basados en estrellas utilizados por otras misiones.
• Verificación de la Estabilidad en Órbita: El estudio valida la estabilidad del instrumento VELC durante un período operativo de dos años mediante la comparación de mediciones tomadas en múltiples épocas.
• Caracterización de la PSF: La resolución espacial (Ancho Completo a la Mitad del Máximo - FWHM) del canal de 5303Å del VELC se midió directamente utilizando Sirius-A.

Resultados

• Flujo del Disco Solar: El conteo medido en el detector correspondiente al centro del disco solar, tras corregir por el filtro ND y la relación de apertura, se estima en $\approx (1.70 \pm 0.12) \times 10^8$ conteos seg$^{-1}$. Esto corresponde a un flujo solar a 1 AU de $\approx 3.0456 \times 10^6$ erg seg$^{-1}$ cm$^{-2}$ a 5303Å.
• Consistencia de Sirius-A:
  • Conteo Esperado: Basado en la calibración del disco solar y los flujos estelares conocidos, el conteo esperado para Sirius-A es de $\approx 19 \pm 1.4$ conteos seg$^{-1}$.
  • Conteo Medido: El conteo real medido para Sirius-A es de $\approx 23 \pm 0.4$ conteos seg$^{-1}$.
  • Acuerdo: Los autores señalan una diferencia de aproximadamente 4 conteos (una discrepancia de $\approx 17\%$ respecto a la medición de Sirius); sin embargo, atribuyen esto a la incertidumbre estadística asociada al largo tiempo de exposición de 100 segundos requerido para la estrella tenue (donde el margen de error es de $\pm 4$ conteos), concluyendo que el acuerdo es "razonable".
• Resolución Espacial: La Función de Dispersión de Punto (PSF) del canal de 5303Å del VELC tiene un FWHM de $\approx 3.8''$ (3 píxeles).

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que el acuerdo razonable entre los valores esperados y observados para Sirius-A sirve como una verificación de consistencia exitosa. Esto valida la calibración radiométrica del VELC utilizando observaciones de la luz del disco solar. Los autores enfatizan que este método es ventajoso porque permite adquirir datos de calibración utilizando tiempos de exposición similares a los usados para observaciones coronales, evitando así la propagación de incertidumbres asociadas a los largos tiempos de exposición requeridos para objetivos estelares tenues. Los resultados confirman que el VELC está funcionando según lo previsto y que convertir las mediciones de brillo coronal a 5303Å en unidades físicas absolutas mediante la calibración del disco solar es un enfoque viable y robusto para los coronógrafos solares espaciales.