Osservatorio solare ed eliosferico: cos’è, veicolo spaziale

Il Solar and Heliospheric Observatory ( SOHO ) è un veicolo spaziale dell’Agenzia spaziale europea (ESA) costruito da un consorzio industriale europeo guidato da Matra Marconi Space (ora Airbus Defence and Space ) che è stato lanciato su un veicolo di lancio Lockheed Martin Atlas IIAS il 2 dicembre 1995 , per studiare il Sole . Ha anche scoperto oltre 4.000 comete . Ha iniziato le normali operazioni nel maggio 1996. È un progetto congiunto tra l’ Agenzia spaziale europea (ESA) e la NASA. SOHO faceva parte dell’International Solar Terrestrial Physics Program (ISTP). Originariamente pianificato come missione di due anni, SOHO continua a operare dopo oltre 25 anni nello spazio ; la missione è stata estesa fino alla fine del 2025, previa revisione e conferma da parte del comitato del programma scientifico dell’ESA.

Navicella spaziale SOHO della NASA.png

Oltre alla sua missione scientifica, è una fonte principale di dati solari quasi in tempo reale per la previsione meteorologica spaziale . Insieme a Wind , Advanced Composition Explorer (ACE) e Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), SOHO è uno dei quattro veicoli spaziali nelle vicinanze del punto Terra  Sole L1 , un punto di equilibrio gravitazionale situato a circa 0,99 unità astronomiche (AU ) dal Sole e 0,01 UA dalla Terra. Oltre ai suoi contributi scientifici, SOHO si distingue per essere il primo veicolo stabilizzato su tre assi a spaziale utilizzare le sue ruote di reazione come una sorta digiroscopio virtuale; la tecnica è stata adottata dopo un’emergenza a bordo nel 1998 che ha quasi provocato la perdita del veicolo spaziale.

Obiettivi scientifici

I tre principali obiettivi scientifici di SOHO sono:

  • Indagine sullo strato esterno del Sole, che consiste nella cromosfera , nella regione di transizione e nella corona . Gli strumenti CDS, EIT, LASCO , SUMER, SWAN e UVCS sono utilizzati per questo telerilevamento dell’atmosfera solare .
  • Effettuare osservazioni del vento solare e dei fenomeni associati in prossimità di L1 . CELIAS e COSTEP sono usati per le osservazioni del vento solare ” in situ “.
  • Sondaggio della struttura interna del Sole. GOLF, MDI e VIRGO sono usati per l’eliosismologia .

Orbita

Animazione della traiettoria di SOHO
Vista polare
Vista equatoriale
 ·

La sonda SOHO si trova in un’orbita di alone attorno al punto Sole – Terra L1 , il punto tra la Terra e il Sole in cui l’equilibrio tra la gravità del Sole (più grande) e la gravità della Terra (più piccola) è uguale alla forza centripeta necessaria per un oggetto per avere lo stesso periodo orbitale nella sua orbita attorno al Sole come la Terra, con il risultato che l’oggetto rimarrà in quella posizione relativa.

Sebbene a volte venga descritto come in L1, la navicella SOHO non è esattamente in L1 poiché ciò renderebbe difficile la comunicazione a causa delle interferenze radio generate dal Sole e perché questa non sarebbe un’orbita stabile . Piuttosto si trova nel piano (in costante movimento), che passa per L1 ed è perpendicolare alla linea che collega il Sole e la Terra. Rimane su questo piano, tracciando un’orbita di alone ellittico centrata su L1. Orbita attorno a L1 una volta ogni sei mesi, mentre L1 stessa orbita attorno al Sole ogni 12 mesi poiché è accoppiato con il movimento della Terra. Ciò mantiene SOHO in una buona posizione per la comunicazione con la Terra in ogni momento.

Comunicazione con la Terra

Durante il normale funzionamento, il veicolo spaziale trasmette un flusso continuo di dati a 200 kbit/s di fotografie e altre misurazioni tramite il Deep Space Network delle stazioni di terra della NASA. I dati di SOHO sull’attività solare vengono utilizzati per prevedere i tempi di arrivo dell’espulsione di massa coronale (CME) sulla Terra, in modo che le reti elettriche ei satelliti possano essere protetti dai loro effetti dannosi. Le CME dirette verso la terra possono produrre tempeste geomagnetiche , che a loro volta producono correnti geomagneticamente indotte , nei casi più estremi creando black-out, ecc.

Nel 2003, l’ESA ha segnalato il guasto del motore passo -passo dell’asse Y dell’antenna , necessario per puntare l’ antenna ad alto guadagno e consentire il downlink di dati ad alta velocità. All’epoca si pensava che l’anomalia dell’antenna potesse causare blackout dei dati da due a tre settimane ogni tre mesi. Tuttavia, gli ingegneri dell’ESA e della NASA sono riusciti a utilizzare le antenne a basso guadagno di SOHO insieme alle più grandi stazioni di terra del Deep Space Network della NASA da 34 m (112 piedi) e 70 m (230 piedi) e l’uso giudizioso del Solid State Recorder (SSR) di SOHO per impedire perdita totale di dati, con un flusso di dati solo leggermente ridotto ogni tre mesi.

Quasi perdita di SOHO

La sequenza di eventi di interruzione della missione SOHO è iniziata il 24 giugno 1998, mentre il team SOHO stava conducendo una serie di calibrazioni e manovre del giroscopio del veicolo spaziale. Le operazioni sono proseguite fino alle 23:16 UTC quando SOHO ha perso l’ aggancio al Sole ed è entrato in una modalità di controllo dell’assetto di emergenza chiamata Emergency Sun Reacquisition (ESR). Il team SOHO ha tentato di recuperare l’osservatorio, ma SOHO è entrato nuovamente in modalità di emergenza il 25 giugno 1998, alle 02:35 UTC. Gli sforzi di recupero sono continuati, ma SoHO è entrata in modalità di emergenza per l’ultima volta alle 04:38 UTC. Tutti i contatti con SOHO sono stati persi alle 04:43 UTC e l’interruzione della missione era iniziata. SOHO girava, perdeva energia elettrica e non puntava più verso il sole.

Il personale esperto dell’Agenzia spaziale europea (ESA) è stato immediatamente inviato dall’Europa agli Stati Uniti per dirigere le operazioni. Passarono giorni senza contatti da SOHO. Il 23 luglio 1998, l’ Osservatorio di Arecibo e il radar del sistema solare Goldstone si sono combinati per localizzare SOHO con il radar e per determinarne la posizione e l’ assetto . SOHO era vicino alla sua posizione prevista, orientato con il suo lato rispetto al solito pannello frontale Optical Surface Reflector rivolto verso il Sole, e ruotava di un giro ogni 53 secondi. Una volta individuato SOHO, sono stati formati i piani per contattare SOHO. Il 3 agosto, un vettoreè stato rilevato da SOHO, il primo segnale dal 25 giugno 1998. Dopo giorni di ricarica della batteria , l’8 agosto è stato effettuato con successo un tentativo di modulare la portante e la telemetria di downlink . Dopo che le temperature degli strumenti sono state collegate in downlink il 9 agosto 1998, è stata eseguita l’analisi dei dati e la pianificazione per il ripristino di SOHO è iniziata sul serio.

Il Recovery Team ha iniziato allocando la limitata energia elettrica. Successivamente, è stato determinato l’orientamento anomalo di SOHO nello spazio. Il 12 agosto 1998 è iniziato lo scongelamento del serbatoio del carburante di idrazina congelato utilizzando i riscaldatori di controllo termico di SOHO. Successivamente è stato avviato lo scongelamento dei tubi e dei propulsori e SOHO è stato riorientato verso il Sole il 16 settembre 1998. Dopo quasi una settimana di attività di recupero del bus spaziale e un manovra di correzione orbitale, il bus della navicella SOHO è tornato alla modalità normale il 25 settembre 1998 alle 19:52 UTC. Il recupero degli strumenti è iniziato il 5 ottobre 1998 con SUMER e si è concluso il 24 ottobre 1998 con CELIAS.

Solo un giroscopio è rimasto operativo dopo questo ripristino e il 21 dicembre 1998 quel giroscopio si è guastato. Il controllo dell’assetto è stato ottenuto con accensioni manuali del propulsore che consumavano 7 kg (15 libbre) di carburante alla settimana, mentre l’ESA ha sviluppato una nuova modalità operativa senza giroscopio che è stata implementata con successo il 1 ° febbraio 1999.

Strumento

Modello in scala del veicolo spaziale dell’Osservatorio solare ed eliosferico (SOHO) presso l’ Euro Space Center in Belgio

Il SOHO Payload Module (PLM) è composto da dodici strumenti, ciascuno in grado di effettuare un’osservazione indipendente o coordinata del Sole o di parti del Sole, e da alcuni componenti di veicoli spaziali. Gli strumenti sono:

  • Spettrometro diagnostico coronale ( CDS ), che misura densità, temperatura e flussi nella corona.
  • Charge Element and Isotope Analysis System ( CELIAS ), che studia la composizione ionica del vento solare.
  • Comprehensive SupraThermal and Energetic Particle Analyzer Collaboration ( COSTEP ), che studia la composizione di ioni ed elettroni del vento solare. COSTEP ed ERNE sono talvolta indicati insieme come COSTEP-ERNE Particle Analyzer Collaboration ( CEPAC ).
  • Extreme ultraviolet Imaging Telescope ( EIT ), che studia la bassa struttura e attività coronale.
  • Energetic and Relativistic Nuclei and Electron Experiment ( ERNE ), che studia la composizione di ioni ed elettroni del vento solare. (Vedi nota sopra nella voce COSTEP.)
  • Global Oscillations at Low Frequencies ( GOLF ), che misura le variazioni di velocità dell’intero disco solare per esplorare il nucleo del Sole.
  • Large Angle and Spectrometric Coronagraph ( LASCO ), che studia la struttura e l’evoluzione della corona creando un’eclissi solare artificiale.
  • Michelson Doppler Imager ( MDI ), che misura velocità e campi magnetici nella fotosfera per conoscere la zona di convezione che forma lo strato esterno dell’interno del Sole e sui campi magnetici che controllano la struttura della corona . L’MDI è stato il più grande produttore di dati su SOHO . Due dei canali virtuali di SOHO prendono il nome da MDI; VC2 (MDI-M) trasporta i dati del magnetogramma MDI e VC3 (MDI-H) trasporta i dati di eliosismologia MDI . MDI non è stato utilizzato per l’osservazione scientifica dal 2011, quando è stato sostituito dalImager eliosismico e magnetico del Solar Dynamics Observatory .
  • Solar Ultraviolet Measurement of Emitted Radiation ( SUMER ), che misura i flussi di plasma, la temperatura e la densità nella corona.
  • Solar Wind Anisotropies ( SWAN ), che utilizza telescopi sensibili a una lunghezza d’onda caratteristica dell’idrogeno per misurare il flusso di massa del vento solare, mappare la densità dell’eliosfera e osservare la struttura su larga scala dei flussi di vento solare.
  • UltraViolet Coronagraph Spectrometer ( UVCS ), che misura la densità e la temperatura nella corona.
  • Variability of solar IRradiance and Gravity Oscillations ( VIRGO ), che misura le oscillazioni e la costante solare sia dell’intero disco solare sia a bassa risoluzione, esplorando sempre il nucleo del Sole.

Disponibilità pubblica delle immagini

Le osservazioni di alcuni degli strumenti possono essere formattate come immagini, la maggior parte delle quali sono prontamente disponibili su Internet per uso pubblico o di ricerca (vedere il sito Web ufficiale ). Altri, come gli spettri e le misurazioni delle particelle nel vento solare , non si prestano così facilmente a questo. Queste immagini variano in lunghezza d’ onda o frequenza dall’ottica (  ) all’ultravioletto estremo (EUV). Le immagini scattate parzialmente o esclusivamente con lunghezze d’onda non visibili sono mostrate sulla pagina SOHO e altrove in falsi colori .

A differenza di molti telescopi spaziali e terrestri, non c’è tempo formalmente assegnato dal programma SOHO per osservare proposte su singoli strumenti; le parti interessate possono contattare i team strumentali via e-mail e il sito Web SOHO per richiedere tempo tramite i processi interni di tale team strumentale (alcuni dei quali sono piuttosto informali, a condizione che le osservazioni di riferimento in corso non siano disturbate). Esiste un processo formale (il programma “JOP”) per l’utilizzo collaborativo di più strumenti SOHO su una singola osservazione. Le proposte JOP vengono esaminate durante le riunioni trimestrali del Science Working Team (SWT) e il tempo JOP viene assegnato alle riunioni mensili del Science Planning Working Group. I primi risultati sono stati presentati in Solar Physics , volumi 170 e 175 (1997), a cura di B. Fleck e Z. Švestka.

Scoperta della cometa

Questa visualizzazione presenta un piccolo campione dei 9 anni di comete viste da SOHO dalla prospettiva di un osservatore in un punto fisso sopra il piano dell’eclittica con il Sole al centro.

Scoperte di comete
Anno #
2013 213
2012 222
2011 216
2010 209

Come conseguenza della sua osservazione del Sole, SOHO (in particolare lo strumento LASCO ) ha inavvertitamente permesso la scoperta di comete bloccando il bagliore del Sole. Circa la metà di tutte le comete conosciute sono state individuate da SOHO, scoperte negli ultimi 15 anni da oltre 70 persone in rappresentanza di 18 paesi diversi che cercano attraverso le immagini SOHO pubblicamente disponibili online. SOHO aveva scoperto oltre 2700 comete entro aprile 2014, con un tasso medio di scoperta di una ogni 2,59 giorni. Nel settembre 2015, SOHO ha scoperto la sua 3000esima cometa.

Contribuenti dello strumento

Il Max Planck Institute for Solar System Research ha contribuito agli strumenti SUMER, Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO) e CELIAS. Lo Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) ha costruito lo strumento UVCS. Il Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory (LMSAL) ha costruito lo strumento MDI in collaborazione con il gruppo solare della Stanford University . L’ Institut d’astrophysique spaziali è il principale ricercatore di GOLF e Extreme ultraviolet Imaging Telescope (EIT), con un forte contributo a SUMER. Un elenco completo di tutti gli strumenti, con link alle loro istituzioni di origine, è disponibile sul sito Web di SOHO .


https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_and_Heliospheric_Observatory

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