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

यह शोध पत्र ASPICS कोरोनाग्राफ के वैज्ञानिक उद्देश्यों और डिज़ाइन की रूपरेखा प्रस्तुत करता है, जो ESA के Proba-3 मिशन पर स्थित एक नवीन उपकरण है जो अभूतपूर्व स्पष्टता और कम स्ट्रेलाइट के साथ आंतरिक सौर कोरोना को देखने के लिए एक बाहरी ऑक्यूल्टर और एक टेलीस्कोप के बीच 144 मीटर की फॉर्मेशन-फ्लाइंग पृथक्करण का उपयोग करता है।

मूल लेखक: 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

प्रकाशित 2026-07-07✓ Author reviewed ⓘ

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CC BY 4.0

मूल लेखक: 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

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने नहीं लिखा है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

यहाँ सरल भाषा और रचनात्मक उपमाओं का उपयोग करके शोध पत्र की व्याख्या दी गई है।

मुख्य विचार: एक अंतरिक्ष-आधारित "ग्रहण" मशीन

कल्पना कीजिए कि आप एक बेहद चमकदार स्पॉटलाइट के ठीक बगल में रखी एक मोमबत्ती की लौ की तस्वीर लेने की कोशिश कर रहे हैं। यदि आप सीधे मोमबत्ती को देखते हैं, तो स्पॉटलाइट की चमक उसे पूरी तरह से ढक देगी। यह वही समस्या है जिसका सामना खगोलशास्त्री सौर कोरोना (सूर्य के बाहरी वायुमंडल) का अध्ययन करने के लिए करते हैं। सूर्य की सतह इतनी चमकीली है कि वह धुंधले, बारीक कोरोना को छिपा देती है, सिवाय पृथ्वी पर होने वाले पूर्ण सौर ग्रहण के दौरान, जो केवल कुछ मिनटों तक चलता है और बहुत कम बार होता है।

यहाँ ASPIICS आता है, जो Proba-3 नामक मिशन पर लगा एक विशेष कैमरा है। एक दुर्लभ ग्रहण का इंतज़ार करने के बजाय, Proba-3 अंतरिक्ष में अपना स्वयं का "कृत्रिम ग्रहण" बनाता है।

यह कैसे काम करता है: दो उपग्रहों का नृत्य

अधिकांश अंतरिक्ष दूरबीनें एकल इकाइयाँ होती हैं। Proba-3 अलग है; इसमें दो अलग-अलग अंतरिक्ष यान शामिल हैं जो एक सटीक फॉर्मेशन में उड़ रहे हैं, जैसे कि नृत्य करने वाले साथी।

द ऑकुल्टर स्पेसक्राफ्ट (द "हाथ"): एक उपग्रह एक बड़ा, गोलाकार डिस्क (ऑकुल्टर) ले जाता है। इसे एक विशाल हाथ की तरह समझें जिसे आँखों के सामने रखकर चकाचौंध भरी स्पॉटलाइट (सूर्य) को रोका जा रहा है।
द कोरोनोग्राफ स्पेसक्राफ्ट (द "आँख"): दूसरा उपग्रह कैमरे (ASPIICS) को ले जाता है। यह पहले वाले के पीछे लगभग 144 मीटर (472 फीट) की दूरी पर उड़ता है।

चूँकि दोनों उपग्रह एक-दूसरे से इतनी दूर हैं, इसलिए "हाथ" सूर्य को बिना किसी छोटे या विकृत साये के पूरी तरह से रोक सकता है। यह एक लंबा, अंधेरा सुरंग जैसा साया बनाता है जहाँ कैमरा स्थित होता है। इस सुरंग के भीतर, कैमरा सूर्य की सतह की चकाचौंध से मुक्त होकर, बारीक कोरोना को स्पष्ट रूप से देख सकता है।

उपमा: कल्पना कीजिए कि आप एक स्टेडियम की फ्लडलाइट के पास एक जुगनू को देखने की कोशिश कर रहे हैं। यदि आप अपनी आँखों के पास एक सिक्का रखते हैं ताकि रोशनी रुक जाए, तो सिक्के की छाया धुंधली और छोटी होगी। लेकिन यदि आपका एक दोस्त आपसे 100 फीट दूर एक बड़ा साइन बोर्ड पकड़े हुए है, तो वह बोर्ड एक लंबी, स्पष्ट और गहरी छाया बनाएगा। आप उस छाया में खड़े होकर जुगनू को पूरी तरह देख सकते हैं। Proba-3 बिल्कुल यही करता है।

यह क्यों महत्वपूर्ण है: "लुप्त कड़ी" को भरना

लंबे समय से, खगोलशास्त्रियों के पास सूर्य का देखने के लिए एक "गैप" (अंतराल) रहा है:

क्लोज-अप कैमरे (जैसे SDO उपग्रह पर) सूर्य की सतह और वायुमंडल के बहुत निचले हिस्से को देख सकते हैं, लेकिन यदि वे बहुत दूर तक देखते हैं, तो वे अंधा हो जाते हैं।
दूर के कैमरे (जैसे SOHO उपग्रह पर LASCO) बाहरी कोरोना को देख सकते हैं, लेकिन वे उस महत्वपूर्ण आंतरिक भाग को मिस कर देते हैं जहाँ चीजें शुरू होती हैं।

ASPIICS इस अंतर को भरता है। यह सूर्य की सतह के ठीक ऊपर (1.099 गुना सूर्य की त्रिज्या) से लेकर 3 गुना सूर्य की त्रिज्या तक के कोरोना को देख सकता है। यह ऐसा है जैसे आपके पास एक कैमरा हो जो सूर्य के पूरे "वायुमंडल" को एक निरंतर, स्पष्ट दृश्य में देख सके, ज़मीन के स्तर से लेकर समताप मंडल तक।

वे क्या सीखना चाहते हैं

शोध पत्र उन तीन रहस्यों को रेखांकित करता है जिन्हें ASPIICS सुलझाने की उम्मीद करता है:

सूर्य का वायुमंडल इतना गर्म क्यों है? सूर्य की सतह लगभग 5,500°C है, लेकिन कोरोना लाखों डिग्री का है। यह ऐसा है जैसे आप एक कैंपफायर (अलाव) से दूर जा रहे हों और अचानक गर्मी के एक झोंके से जल जाएँ। ASPIICS सूक्ष्म तरंगों और चुंबकीय "झटकों" (magnetic snaps) की तलाश करेगा जो शायद कोरोना को गर्म करने के लिए ऊर्जा पंप कर रहे हैं।
सौर पवन कहाँ से आती है? सूर्य लगातार कणों की एक धारा (सौर पवन) पृथ्वी की ओर फेंकता है। कभी-कभी यह एक हल्की हवा होती है; अन्य समय में यह एक तूफान हो सकता है। ASPIICS "स्रोत क्षेत्रों" (source regions) पर नज़र रखेगा ताकि यह देखा जा सके कि यह हवा कैसे जन्म लेती है और त्वरित होती है।
सौर तूफानों को क्या ट्रिगर करता है? कभी-कभी सूर्य विस्फोट करता है, जिससे पृथ्वी की ओर चुंबकीय गैस के विशाल बादल (Coronal Mass Ejections या CMEs) भेजे जाते हैं। ये उपग्रहों और पावर ग्रिड को नुकसान पहुँचा सकते हैं। ASPIICS उस सटीक क्षण को देखेगा जब ये विस्फोट शुरू होते हैं, यह देखने के लिए कि वह "फ्यूज" क्या है जो आग जलाता है।

उपकरण: एक हाई-टेक आँख

ASPIICS एक परिष्कृत कैमरा है जिसे चरम स्थितियों को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है:

लेंस: यह कोरोना के मंद प्रकाश को डिजिटल सेंसर पर केंद्रित करने के लिए विशेष लेंसों का उपयोग करता है।
फिल्टर्स: यह केवल ब्लैक-एंड-व्हाइट फोटो नहीं लेता है। यह विशिष्ट रंगों की रोशनी को देखने के लिए विशेष "धूप के चश्मे" (फिल्टर्स) का उपयोग करता है। कुछ फिल्टर गर्म गैस (2 मिलियन डिग्री) दिखाते हैं, जबकि अन्य ठंडे, घने गैस के बादलों (प्रॉमिनेंस) को दिखाते हैं।
"स्मार्ट" कैमरा: सूर्य की चमक बहुत अधिक बदलती रहती है। सूर्य के पास वाला हिस्सा चमकीला है; दूर वाला हिस्सा धुंधला है। दोनों को कैप्चर करने के लिए, कैमरा अलग-अलग एक्सपोज़र समय के साथ कई तस्वीरें लेता है (जैसे कि एक अंधेरे कमरे और एक चमकीली खिड़की की अलग-अलग फोटो लेना) और उन्हें एक आदर्श छवि में जोड़ देता है।

मिशन प्रोफाइल

कक्षा (Orbit): दोनों उपग्रह पृथ्वी के चारों ओर एक बहुत ही खिंची हुई, अंडाकार कक्षा में उड़ते हैं। वे इस कक्षा के शीर्ष (apogee) पर लगभग 6 घंटे बिताते हैं जहाँ वे अपना फॉर्मेशन फ्लाइंग नृत्य कर सकते हैं।
सटीकता: 144 मीटर की दूरी पर कुछ मिलीमीटर के भीतर दो उपग्रहों को संरेखित रखना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। वे खुद को पूरी तरह से संरेखित रखने के लिए लेजर, कैमरों और जीपीएस का उपयोग करते हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि छाया कैमरे पर बनी रहे।
अवधि: मिशन दो साल तक चलने की योजना बनाई गई है, जिससे वैज्ञानिकों को सैकड़ों घंटों का उच्च-गुणवत्ता वाला डेटा मिलेगा—जो पृथ्वी पर होने वाले किसी भी एकल पूर्ण सौर ग्रहण की तुलना में कहीं अधिक है।

सारांश

संक्षेप में, Proba-3 मिशन पर ASPICS उपकरण एक क्रांतिकारी उपकरण है जो एक सटीक फॉर्मेशन में उड़ने वाले दो उपग्रहों का उपयोग करके एक स्थायी, कृत्रिम सौर ग्रहण बनाता है। यह वैज्ञानिकों को सूर्य के आंतरिक वायुमंडल को अभूतपूर्व स्पष्टता के साथ देखने की अनुमति देता है, जिससे उन्हें यह समझने में मदद मिलती है कि सूर्य की बाहरी परत इतनी गर्म क्यों है, सौर पवन कैसे उत्पन्न होती है, और खतरनाक अंतरिक्ष मौसम के तूफान क्या कारण बनते हैं।

तकनीकी सारांश: प्रोबा-3 फॉर्मेशन फ्लाइंग मिशन में ASPIICS सोलर कोरोनाग्राफ

समस्या विवरण
सौर कोरोना, जो सौर पवन और कोरोनल मास इजेक्शन (CMEs) का स्रोत है, "मिडल कोरोना" क्षेत्र (लगभग 1.1 से 3 सौर त्रिज्या, $R_\odot$ ) में अभी भी कम समझा गया है। यह क्षेत्र एक महत्वपूर्ण अवलोकन अंतराल (observational gap) का प्रतिनिधित्व करता है: एक्सट्रीम अल्ट्रावॉयलेट (EUV) इमेजर (जैसे SDO/AIA) आमतौर पर $\sim1.27 R_\odot$ तक निचले कोरोना का अवलोकन करते हैं, जबकि शास्त्रीय बाह्य रूप से अवरुद्ध (externally occulted) कोरोनाग्राफ (जैसे SOHO/LASCO C2, STEREO/COR2) आम तौर पर $\sim2.2\text{--}2.5 R_\odot$ से अवलोकन शुरू करते हैं। जमीनी आधारित अवलोकन वायुमंडलीय प्रकीर्णन (scattering) और कम ग्रहण अवधि के कारण सीमित हैं। इसके अलावा, मौजूदा अंतरिक्ष-आधारित कोरोनाग्राफ सौर लिम्ब के करीब अवलोकन करते समय उच्च स्तर के स्ट्रेलाइट (straylight) से जूझते हैं, जो सूक्ष्म कोरोनल संरचनाओं को बाधित करता है और तरंग प्रसार (wave propagation) और CME त्वरण जैसी गतिशील घटनाओं का अध्ययन करने के लिए आवश्यक सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात को कम कर देता है।

कार्यप्रणाली और उपकरण डिजाइन
यह शोध पत्र ASPIICS (एसोसिएशन ऑफ स्पेसक्राफ्ट फॉर पोलरामीट्रिक एंड इमेजिंग इन्वेस्टिगेशन ऑफ द कोरोना ऑफ द सन) उपकरण का वर्णन करता है, जिसे 5 दिसंबर, 2024 को यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के प्रोबा-3 मिशन के तहत लॉन्च किया गया था। इस मिशन का मुख्य नवाचार एक फॉर्मेशन-फ्लाइंग आर्किटेक्चर है जिसमें दो अंतरिक्ष यान शामिल हैं:

ऑक्यूलर स्पेसक्राफ्ट (OSC): इसमें एक गोलाकार बाहरी ऑक्यूलर डिस्क (त्रिज्या $R_{EO} = 0.71088$ मीटर) है जिसके किनारे टोरॉयडल (toroidal) हैं।
कोरोनाग्राफ स्पेसक्राफ्ट (CSC): इसमें ASPIICS टेलीस्कोप लगा है।

दोनों अंतरिक्ष यान एक अत्यधिक दीर्घवृत्ताकार कक्षा (highly elliptical orbit) के अपभूज (apogee) के आसपास 6 घंटे की खिड़की के दौरान लगभग 144 मीटर की सटीक अंतर-उपग्रह दूरी (ISD) बनाए रखते हैं (जिसकी आवर्त अवधि 19.63-घंटे है)। यह दूरी शास्त्रीय बाह्य रूप से अवरुद्ध कोरोनाग्राफ (जहाँ $D \sim 1$ मीटर होता है) की तुलना में दो-आदेश का (two-order of magnitude) अधिक अंतर है।

प्रमुख तकनीकी विशेषताएं:

स्ट्रेलाइट दमन (Straylight Suppression): बड़ा अलगाव ( $D \approx 144$ मीटर) बाहरी ऑक्यूलर से विवर्तित (diffracted) प्रकाश की तीव्रता को काफी कम कर देता है, जिससे कम स्ट्रेलाइट के साथ $1.099 R_\odot$ तक अवलोकन संभव हो पाता है।
ऑप्टिकल सिस्टम: ASPIICS एक लयोट (Lyot) कोरोनाग्राफ है जिसका प्रवेश प्यूपिल (entrance pupil) 50 मिमी और फोकल लेंथ 734.6 मिमी है। यह विवर्तित प्रकाश को रोकने के लिए एक आंतरिक ऑक्यूलर और एक लयोट स्टॉप का उपयोग करता है।
डिटेक्टर्स और फिल्टर्स: यह उपकरण $2048 \times 2048$ $2048 \times 2048$ पिक्सेल वाला CMOS एक्टिव पिक्सेल सेंसर (APS) उपयोग करता है जिसका पिक्सेल स्केल $2.817''$ $2.81 7^{''}$ है। इसमें छह स्लॉट वाला एक फिल्टर व्हील है:
- वाइडबैंड (WBF): 5363–5658 Å (केंद्रित 5510 Å पर) कुल चमक और ध्रुवीकृत चमक (0°, 60°, 120° पोलराइज़र के साथ) के लिए।
- नैरोबैंड Fe XIV: $\sim2$ MK प्लाज्मा के लिए 5304 Å (ग्रीन लाइन) पर केंद्रित।
- नैरोबैंड He I D3: प्रॉमिनेंस प्लाज्मा ( $\sim0.01$ MK) के लिए 5877 Å पर केंद्रित।
मेट्रोलॉजी: फॉर्मेशन फ्लाइंग को GNSS, एक विजुअल-बेस्ड सिस्टम (VBS), और लेजर रेट्रो-रिफ्लेक्टरों का उपयोग करने वाले एक फाइन लेटरल एंड लॉन्गिट्यूडिनल सेंसर (FLLS) का उपयोग करके बनाए रखा जाता है। ASPIICS टेलीस्कोप एपर्चर के सापेक्ष बाहरी ऑक्यूलर के संरेखण (alignment) की निगरानी करने के लिए एक शैडो पोजीशन सेंसर (SPS) और ऑक्यूलर पोजीशन सेंसर एमीटर (OPSE) का भी उपयोग करता है।
डेटा प्रोसेसिंग: कोरोना के उच्च डायनेमिक रेंज को संभालने के लिए, उपकरण "टाइल मैप" दृष्टिकोण का उपयोग करता है, जो डिटेक्टर को $64 \times 64$ पिक्सेल टाइल्स में विभाजित करता है। अलग-अलग टाइल्स के लिए अलग-अलग एक्सपोजर समय लागू किया जाता है, और क्वालिटी फ्लैग्स यह निर्धारित करते हैं कि किन टाइल्स को डाउनलिंक के लिए रखा जाना चाहिए।

परिणाम और प्रदर्शन
ग्राउंड-आधारित अंशांकन अभियानों (बेल्जियम और इटली, 2020–2021) ने उपकरण के प्रदर्शन की पुष्टि की है:

रिज़ॉल्यूशन: सिस्टम $2.817''$ प्रति पिक्सेल का स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है (अनविग्नेटेड फील्ड ऑफ व्यू में रैखिक रिज़ॉल्यूशन $\sim4085$ किमी @ $1 R_\odot$ ), जो पिक्सेल आकार द्वारा सीमित है।
स्ट्रेलाइट: सैद्धांतिक मॉडल और कमीशनिंग डेटा पुष्टि करते हैं कि विवर्तित प्रकाश कोरोनल सिग्नल से दो आदेश कम है, जो आंतरिक कोरोना के अवलोकन के लिए डिज़ाइन की क्षमता को प्रमाणित करता है।
रेडियोमेट्री: सभी चैनलों में रेडियोमेट्रिक संवेदनशीलता मापी गई थी, जिसमें बायस और डार्क करंट का लक्षण वर्णन किया गया था (बायस $\sim2050$ DN, डार्क करंट $\sim3.3$ DN/s)।
परिचालन कैडेंस (Operational Cadence): नाममात्र का सिनोप्टिक कैडेंस 1 मिनट है, जिसमें कम फील्ड ऑफ व्यू का उपयोग करके उच्च कैडेंस (2 सेकंड तक) की क्षमता है।

प्रमुख योगदान और वैज्ञानिक उद्देश्य
ASPIICS को EUV इमेजर और शास्त्रीय कोरोनाग्राफ के बीच के अवलोकन अंतराल को भरने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे $1.099 R_\odot$ से $3 R_\odot$ तक निर्बाध कवरेज सक्षम होता है। शोध पत्र चार प्राथमिक वैज्ञानिक उद्देश्यों को रेखांकित करता है:

क्विसेंट कोरोना संरचना (Quiescent Corona Structure): विभिन्न पैमानों पर कोरोना की प्रकृति की जांच करना, जिसमें बंद और खुले चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के बीच का संक्रमण शामिल है, और स्ट्रीमर्स एवं कोरोनल होल्स की चुंबकीय विन्यास का निर्धारण करना।
कोरोनल हीटिंग: कोरोनल हीटिंग में उनके योगदान को निर्धारित करने के लिए उच्च कैडेंस के साथ तरंग गुणों (Alfvén waves, घनत्व उतार-चढ़ाव) को मापना, विशेष रूप से चुंबकीय रूप से बंद कोरोना में।
सौर पवन त्वरण (Solar Wind Acceleration): इंटरचेंज रिकनेक्शन, जेट्स और टर्बुलेंस के अवलोकन के माध्यम से स्लो सोलर विंड के उद्गम का अध्ययन करना।
CME शुरुआत और विकास: निम्न कोरोना ( $<3 R_\odot$ ) में उच्च-रिज़ॉल्यूशन, उच्च-कैडेंस अवलोकनों के माध्यम से CME की शुरुआत, त्वरण और पुनर्गठन का अध्ययन करना। इसमें तीन-भाग वाली CME संरचना, करंट शीट्स, और फ्लेयर्स एवं CMEs के बीच संबंध का विश्लेषण शामिल है।

महत्व
शोध पत्र का दावा है कि ASPIICS सौर कोरोनाग्रोफी में एक महत्वपूर्ण प्रगति है। अद्वितीय 144-मीटर फॉर्मेशन फ्लाइंग सेपरेशन का लाभ उठाकर, यह स्ट्रेलाइट रिजेक्शन और आंतरिक-कोरोना एक्सेस ( $1.099 R_\odot$ ) का एक ऐसा स्तर प्राप्त करता है जो पहले अंतरिक्ष में अप्राप्य था। यह क्षमता CME की गतिशीलता को सौर सतह के पास उनकी शुरुआत से लेकर उनके त्वरण चरण तक निर्बाध रूप से देखने की अनुमति देती है, जो EUV और व्हाइट-लाइट अवलोकनों के बीच के अंतर को पाटती है। यह मिशन सौर भौतिकी के लिए एक वैज्ञानिक उपकरण और सटीक फॉर्मेशन फ्लाइंग के लिए एक तकनीकी प्रदर्शनकर्ता (technology demonstrator) दोनों के रूप में कार्य करता है।