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

Resumo Técnico: Calibração Radiométrica do Aditya-L1/VELC em 5303Å

Definição do Problema
Estudos quantitativos da corona solar requerem uma calibração radiométrica precisa para converter contagens do detector em unidades físicas absolutas de brilho. Embora os coronógrafos baseados em solo enfrentem limitações de duração e condições climáticas, instrumentos espaciais como o Visible Emission Line Coronagraph (VELC) na missão Aditya-L1 oferecem monitoramento contínuo. No entanto, realizar a calibração absoluta em órbita é desafiador porque fontes de luz laboratoriais tradicionais não podem ser utilizadas. Coronógrafos espaciais anteriores (ex: LASCO no SoHO, METIS no Solar Orbiter) basearam-se em observações de estrelas brilhantes ou planetas (como Júpiter) para calibração fotométrica. O VELC apresenta uma oportunidade única de utilizar o próprio Sol como fonte de calibração, um método não empregado anteriormente para coronógrafos solares espaciais desta maneira, desde que a intensa luz do disco possa ser atenuada com segurança.

Metodologia
Os autores empregaram uma abordagem de dupla fonte para verificar a calibração radiométrica do canal de 5303Å do VELC:

1. Observação do Disco Solar (Fonte Primária de Calibração):

   • Atenuação: Para evitar a saturação do detector pela luz do disco solar (que é $\approx 10^6$ vezes mais brilhante que a corona), um filtro de Densidade Neutra (ND) construído sob medida, com uma transmissão de $\approx 0,64 \times 10^{-4}$ em 5303Å, foi colocado sobre uma abertura de 45 mm dentro da Abertura de Entrada (EA) de 147 mm.
   • Apontamento: O satélite foi desviado em $\pm 16'$ do centro do Sol para permitir que a luz atenuada do disco entrasse no campo de visão sem atingir o ocultador interno.
   • Medição: As observações foram conduzidas utilizando a fenda 4. A contagem medida no detector no centro do disco solar foi registrada, corrigida pelo tempo de exposição, ganho e transmissão do filtro ND, e normalizada para o tamanho total da EA.

2. Observação de Sirius-A (Verificação de Consistência):

   • Configuração: O satélite foi desviado em $135^\circ$ para alinhar o ocultador com Sirius-A, e o obturador da EA foi mantido aberto (sem filtro ND). A estrela foi desviada em $\pm 19'$ para aparecer no campo de visão.
   • Medição: A contagem do detector para Sirius-A foi medida e corrigida por tempo de exposição e ganho.
   • Medição da PSF: A Função de Espalhamento de Ponto (PSF) foi derivada do perfil espacial de Sirius-A.

3. Verificação Cruzada:

   • Os autores calcularam a contagem esperada do detector para Sirius-A com base no fluxo calibrado do disco solar e na razão de fluxo conhecida entre o Sol e Sirius-A a 1 UA (assumindo que o fluxo em L1 é equivalente ao fluxo da Terra). Este valor esperado foi comparado contra a contagem real medida para Sirius-A.

Principais Contribuições

• Abordagem de Calibração Inovadora: O artigo demonstra uma calibração radiométrica bem-sucedida de um coronógrafo espacial usando a própria luz do disco solar do Sol atenuada por um filtro ND, oferecendo uma alternativa aos métodos de calibração baseados em estrelas usados por outras missões.
• Verificação de Estabilidade em Órbita: O estudo valida a estabilidade do instrumento VELC ao longo de um período operacional de dois anos, comparando medições feitas em múltiplas épocas.
• Caracterização da PSF: A resolução espacial (Largura Total à Metade do Máximo - FWHM) do canal de 5303Å do VELC foi medida diretamente usando Sirius-A.

Resultados

• Fluxo do Disco Solar: A contagem medida no detector correspondente ao centro do disco solar, após correção do filtro ND e da razão de abertura, é estimada em $\approx (1,70 \pm 0,12) \times 10^8$ contagens s$^{-1}$. Isso corresponde a um fluxo solar a 1 UA de $\approx 3,0456 \times 10^6$ erg s$^{-1}$ cm$^{-2}$ em 5303Å.
• Consistência de Sirius-A:
  • Contagem Esperada: Com base na calibração do disco solar e nos fluxos estelares conhecidos, a contagem esperada para Sirius-A é de $\approx 19 \pm 1,4$ contagens s$^{-1}$.
  • Contagem Medida: A contagem real medida para Sirius-A é de $\approx 23 \pm 0,4$ contagens s$^{-1}$.
  • Concordância: Os autores observam uma diferença de aproximadamente 4 contagens (uma discrepância de $\approx 17\%$ em relação à medição de Sirius); no entanto, eles atribuem isso à incerteza estatística associada ao longo tempo de exposição de 100 segundos necessário para a estrela tênue (onde a margem de erro é de $\pm 4$ contagens), concluindo que a concordância é "razoável".
• Resolução Espacial: A Função de Espalhamento de Ponto (PSF) da canais de 5303Å do VELC possui uma Largura Total à Metade do Máximo (FWHM) de $\approx 3,8''$ (3 pixels).

Significância e Alegações
O artigo alega que a concordância razoável entre os valores esperados e observados para Sirius-A serve como uma verificação de consistência bem-sucedida. Isso valida a calibração radiométrica do VELC usando observações da luz do disco solar. Os autores enfatizam que este método é vantajoso porque permite que os dados de calibração sejam adquiridos usando tempos de exposição semelhantes aos usados para observações coronais, evitando assim a propagação de incertezas associadas aos longos tempos de exposição exigidos para alvos estelares tênues. Os resultados confirmam que o VELC está funcionando conforme o esperado e que converter medições de brilho coronal em 5303Å em unidades físicas absolutas via calibração do disco solar é uma abordagem viável e robusta para coronógrafos solares espaciais.