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导读
日全食绝对是地球上能看到的最壮观的天象。日全食也给我们难得的观测日冕的机会。然而在地球上看“黑太阳”最长只有6、7分钟，短的时候只有几秒钟。有没有办法获得更多的观测时长呢?科学家们想了想说：要不我们人造日全食吧!
Proba-3进入太空
北京时间2024年12月5日18:34，欧洲航天局借助印度的航天发射场，利用PSLV-XL(火箭极轨卫星运载火箭)将一颗新型日冕观测卫星探索3号(Proba-3)送入太空。18分钟后，卫星与火箭上面级分离，成功进入预定轨道。
PSLV火箭起飞（来源：ISRO）
Proba是拉丁语，表示“探索、探究、尝试”。英文probe有“探测器、探针”之意，也正来源于此。有意思的是，Proba也是欧洲航天局工程师凑出来的名称，全名是“PRoject for OnBoard Autonomy”，意思是探索自主运行等新技术的低成本卫星。这一系列共有四颗卫星，其中Proba-2也是一颗太阳观测卫星，2009年发射，拥有20多个有效载荷和科学仪器。
这次发射的Proba-3卫星比较特殊，它是“一颗”太阳观测卫星，但是将分为两个部分——其中一颗卫星是望远镜，而另一颗将充当日冕仪，也就是主动将太阳的光球部分遮挡住，人为制造日全食天象。
日全食是研究日冕良机
我们知道，由于日地月三者大小和距离呈现天然的巧合——日地距离大约是月地距离的400倍，太阳直径大约是月球直径的400倍——造就了地球表面最震撼的天象奇观日全食。然而，月球的本影投射在地球上的范围非常狭小，全食带长至多10000公里，而宽至多约200公里，有时候可能只有几公里。
2024年美国日全食的全食带（深灰色）（来源：国家地理中文网）
日全食为我们创造了观察太阳研究太阳的绝佳机会。当太阳完全被月亮遮挡住的时候，平日里隐藏在耀眼的阳光里的日冕以磅礴之势显露出来。日冕是太阳大气的最外层，其亮度只有太阳表面的百万分之一，但其温度却比太阳表面高1百万度。究竟是什么原因造成这种反常?这是太阳身上最大谜团之一。但是，日全食的时间顶多不过6分多钟，最短的只有几秒钟。
2023年澳大利亚日全食。白色云气状结构就是日冕。（作者：张瑶）
有没有办法“人造”日全食呢?天文学家会将望远镜送入太空，在镜头前安装一个日冕仪，简单说就是用一个小圆片将太阳光球层挡住。然而，通常日冕仪距离望远镜太近，根据近大远小的原理，日冕仪要做得够小，才能刚好挡住太阳圆面，避免过多日冕(尤其是内冕)也被挡住。但是，越小的遮挡物，也会产生越大的光衍射。于是，为了解决这个问题，欧空局开创性地使用一对卫星进行编组飞行，让他们保持一定的距离，这样就能创造一个更长时间日全食。
人造日全食
Proba-3由两部分组成，一是星冕仪飞行器(CSC)，质量约300公斤，携带星冕仪和日影监视传感器对日进行观测，另一个是掩星飞行器(OSC)，质量约250公斤，携带一个直径1.4米的圆盘，当做一个“假月亮”。OSC与CSC的距离保持在150米，OSC将在CSC上投下一个直径约8厘米的阴影，从而人为制造一场日全食天象。两个航天器之间将通过无线电通信，令彼此间的距离、位置偏差保持在几毫米以下，确保在观测太阳时，让CSC上口径5厘米的相机始终停留在OSC圆盘的本影之下。
Proba-3的运行轨道（来源：ESA-P. Carril）
Proba-3人造日全食艺术画（来源：ESA-P. Carril）
为了延长这场日全食天象的时间，Proba-3选用了一条高椭圆轨道(HEO)，近地点600公里，远地点60530公里，轨道周期19.7小时。这样，在卫星到达远地点时，运行速度会比较慢，由此我们可以得到长达6个多小时的日全食!并且，这个高度上可以尽量避免地球微薄大气和磁场对航天器的干扰，也可尽量减小引力在两个航天器上的作用差异。因为它们严格说它们并不工作在同一轨道高度，地球作用在CSC上的引力略大于OSC，所以OSC必须依靠定时喷射燃料才能保持二者同步。
Proba-3掩星飞行器（OSC）载荷示意图（来源：ESA）
Proba-3的主要关注对象是日冕，拥有1分钟刷新一次图像的速率，最快可以达到每30秒一次，这将帮助我们更好地了解诸如日冕物质抛射这样的爆发现象。比较一下，SOHO卫星的图像刷新频率只有12分钟一张。除此以外，Proba-3还将监测太阳辐射总功率、穿越地磁场的电子通量等数据，这也是空间天气监测的一个重要环节。
SOHO观测到的日冕物质抛射（来源：NASA）
把一个地球上几年一遇，同一地点平均300年一遇，一次只能看几分钟的日全食，变成一个每19个半小时就能欣赏6小时的天象，这本身就是一件很有意思的事情，不知道是否有机会一窥内日冕的究竟。
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