Proba-3, Sun’ın enerji çıkışını sürekli ölçecek

Proba-3 o kadar iddialı bir görev ki, başarılı olması için birden fazla uzay aracına ihtiyacı var. Proba-3’ün Coronagraph uzay aracının güneşi çevreleyen sönük atmosferi gözlemleyebilmesi için, disk taşıyan Occulter uzay aracının ateşli güneş diskini engellemesi gerekiyor. Bu, Proba-3’ün Okültürünün sürekli olarak güneşe dönük olması anlamına geliyor ve bu da onu başlı başına bilim için değerli bir platform haline getiriyor.

Bu nedenle Occulter’ın güneşe bakan tarafı, iklim çalışmaları için temel bir değişken olan, toplam güneş ışınımı olarak bilinen, güneşin toplam enerji çıktısının sürekli ölçümünü sağlayacak özel bir alete ev sahipliği yapıyor.

Ayakkabı kutusu büyüklüğündeki Davos Mutlak Radyometre (DARA), İsviçre’deki Fiziksel Meteoroloji Gözlemevi Davos (PMOD) tarafından misyona sağlandı.

PMOD DARA Baş Araştırmacısı Wolfgang Finsterle şöyle açıklıyor: “Araştırmacılar ‘güneş sabiti’ hakkında konuşuyorlardı ama aslında bu her zaman biraz değişiyor.” “Ve toplam güneş ışınımını takip etmek çok önemli çünkü bu, Dünya yüzeyine gelen baskın enerji girişidir.

“Bu, kömür ve petrolde depolanan korunan güneş enerjisi de dahil olmak üzere, Dünya’daki mevcut enerjinin yaklaşık %99,978’ine tekabül ediyor. Dünya ikliminin tüm dinamik süreçlerini yönlendiriyor, dolayısıyla en küçük değişiklikler bile son derece önemli.”

Dağ merkezli PMOD, bir asırdan fazla bir süredir, başlangıçta yer tabanlı cihazlarla ve daha sonra 1970’lerden itibaren sürekli bir veri seti elde etmek için uzay tabanlı radyometreleri kullanarak toplam güneş ışınımını inceliyor. Dünya Meteoroloji Örgütü, küresel BM izleme programlarındaki radyasyon ölçümlerini kalibre etmek için PMOD’u Dünya Radyasyon Merkezi olarak görevlendirdi.

Wolfgang şunları ekliyor: “Toplam güneş ışınımı, güneş aktivitesinin 11 yıllık döngüsüne göre değişir ve uzun vadeli enerji kaymasını aramanın en belirgin yollarından biri, ardışık güneş minimumları arasındaki toplam güneş ışınımını karşılaştırmaktır.

“Bu, ideal olarak birden fazla cihazdan gelen uzun bir zaman serisi veri gerektirir çünkü tek radyometreler, sürekli olarak maruz kaldıkları güneş ışınlarındaki sert ultraviyole nedeniyle hassasiyette bozulmaya uğrayacaktır. Bununla birlikte, herhangi bir bozulma çok kademelidir: gemideki radyometre Örneğin 1995 yılında fırlatılan ESA-NASA SOHO güneş gözlemevi hala tatmin edici bir şekilde çalışıyor.”

DARA’nın temel çalışma prensibi basittir. Radyometre, düşük sıcaklık emisyonuna sahip, siyah boyalı gümüşten yapılmış 5 mm çapında bir boşluğa sahiptir. Her seferinde 15 saniye boyunca güneş ışığı boşluğun içini ısıtıyor, ardından girişteki panjur otomatik olarak kapanıyor.

Sonraki 15 saniye boyunca, elektrikli ısı boşluğun önceki sıcaklığını korur ve bu sıcaklığı korumak için gereken enerji, metre kare başına watt olan toplam güneş ışınımı birimine tahmin edilir.

Bu süreç cihazın kullanım ömrü boyunca devam eder; DARA’da kullanılan etkinleştirilmiş kapak tasarımı, PMOD’un vakum odasında milyonlarca açılma ve kapanma açısından test edilmiştir.

Wolfgang, “DARA, istenmeyen dağınık ışığı en aza indirmek için optimize edilmiş boşluk tasarımı ve kendi kendine kalibrasyon için çok kanallı bir ölçüm sistemi ile önceki radyometre tasarımlarına göre bir gelişmedir” diye ekliyor. “Bu nesil cihaz aynı zamanda tamamen dijital bir kontrol döngüsüne sahiptir ve bu da daha yüksek frekanslı gözlemlerle deneme yapılmasına olanak tanır.

Gelişimini denetleyen PMOD’dan Werner Schmutz, bu radyometre tasarımının iki versiyonunun halihazırda uçtuğunu belirtiyor: “CLARA adı verilen kompakt bir versiyon, 2017’de Noway’in NorSat-1 CubeSat’ında uçtu ve bugüne kadar çalışır durumda kaldı; önceki DARA ise gemide hizmet veriyor Çin’in FY-3E hava durumu uydusu, 2021’de fırlatıldı. Bu nedenle, Proba-3 Occulter’ın hedefe doğrultulduğu her durumda çalışabilen tasarıma oldukça güveniyoruz. Güneş’e yarım derece doğrulukla yaklaşıyoruz.”

Proba-3’ün DARA’sı ile önceki radyometreler arasındaki temel fark, onu Dünya yüzeyinden 60.000 km yüksekte taşıyacak olan çok uzun yörüngesi olacak. DARA, güneş diskinin boyutundaki, uzaklığa bağlı olarak küçük değişikliklere otomatik olarak uyum sağlayabiliyor; bu aynı zamanda Dünya’nın güneş etrafındaki yıllık eliptik yörüngesinden de kaynaklanıyor. Radyometrenin bilmesi gereken tek şey, uzaydaki konumu ve veri toplamanın bu değişimi telafi etmesidir.