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尤里西斯号

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尤里西斯号
尤里西斯号
尤利西斯号探测器(Ulysses)是美国宇航局(NASA)与欧洲航天局(ESA)联合研制的一颗太阳极区和恒星际环境探测器,以希腊神话中智勇双全的奥德塞拉丁文名字命名,目的是研究日球的性质,加深对太阳风、太阳极区以及行星际磁场等方面的了解。

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基本概述编辑本段回目录

“尤里西斯”号总重为385千克,主体是箱式机构,长、宽、高分别为3米
尤里西斯号
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、3.3米和2米,安装有一个指向地球的1.65米直径的碟型高增益天线(HGA),用于和地面的通讯联络。探测器在飞行的同时围绕天线的轴线进行旋转。除此之外还有一个5.6米长的径向悬臂(RB),上面安装有一台三轴伸展螺旋磁强计、一台电磁导航磁强计和一台磁力磁向测量仪。它们都安装在远离探测器的地方,为的是避免干扰。在自转轴上、与高增益天线相反的方向还装有一个7.5米长的单极天线。仪器由放射性同位素热电发生器供电。共有9台专用设备,包括测高、测速、测磁、测光等仪器,能探测伽马射线、太阳风、太阳磁场宇宙射线、红外、紫外射线的测试仪,高清晰度摄像仪和信息转送仪器等。尤里西斯号搭载的这9种科学仪器,在轨道上运行时持续进行着测量工作。这些测量有助于研究太阳风、行星际磁场、进入太阳系的宇宙。

“尤里西斯”号的四大任务:一是太阳风太阳磁场的三维结构情景;二是太阳的日冕耀斑、电磁辐射的成因、变幻情景;三是太阳系星际空间、行星际气体的空间分布情景;四是太阳极区宇宙尘、伽马射线、宇宙射线、X射线、等离子体,以及重力波脉冲等的成因和活动情景。通过这些研究,为爱因斯坦提出的广义相对论所预示的重力波的存在找到证据。

探测过程编辑本段回目录

1990年10月6日,尤里西斯号探测器从美国“发现”号航天飞机舱内推出,之后,尤里西斯号探测器用它自身的三级火箭加速,向着绕地轨道飞走,背向太阳而去。这是人类第一次从三维立体角度探测太阳的南北极。

尤里西斯号离开母机后,

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经16个月的航行,于1992年2月到达木星,利用它巨大的引力绕进一个轨道;然后沿垂直轨道航行两年零3个月,于1994年5月25日到达太阳南纬70度上空,用4个月时间在南极上空飞行、考察,其中在1994年7月到达离太阳最高点,开始向北飞行;然后于1995年2月初,它在距太阳2.2亿千米上空,从南向北跨越太阳赤道;1995年5月26日飞抵太阳北纬70度地区上空,也用4个月时间探测、考察北极地区,于1995年7月飞越北极最高点,9月再飞到北纬70度上空飞离北极区。这个奇特的运行轨道,实际上是利用引力跳板技术,让探测器在太阳面前突然沿竖起90度的新轨道向太阳两极飞去,它的总航程为30亿千米,历时5年。

欧空局科学计划委员会已一致批准让大获成功的“尤利西斯”探测器继续工作到2009年3月。这次为期12个月的延寿是此项美国航空航天局/欧空局联合探测任务第四次延长其寿命。该探测器的长期目标是对日球层进行四维(三维空间加时间)探测。它是由一系列目前工作在日球层及更远处多个不同位置的探测器组成的国际性“日球层网络”的一个重要成员。它与2006年10月发射的一对“日地关系观测台”(STEREO)卫星进行的联合测量工作在随后数月要开展的观测工作中属于重中之重。

“尤利西斯”在太空中已进入第8个年头,但卫星状况仍很好。不过,为了对星上放射性同位素热电发生器(RTG)逐步下降的功率输出进行补偿,卫星运行团队必须设计出新的运行战略,以使星上大部分科学仪器能在不耗用太多电力的条件下工作到此次延长期结束。

探测目标编辑本段回目录

尤利西斯号探测器目标之一是探测太阳的极区,

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其轨道与黄道面成几乎垂直的倾角。为了到达这样一条轨道上,探测器首先于1992年2月8日接近木星,借助木星的引力调整到太阳极轨上,开始向太阳的高纬度地区飞行。1994年6月26日,尤利西斯号第一次接近太阳南极,并于同年9月13日到达太阳南纬最高点80.2度。1995年3月到达距离太阳1.93亿公里的近日点,同年6月19日第一次通过太阳北极。1994年-1995年太阳正处于第22活动周期的宁静期。1996年5月1日,尤利西斯号穿越了百武彗星尾巴,分析了它的化学成分,发现其尾巴的长度至少有3.8天文单位。2000年11月27日,尤利西斯再次通过太阳南极地区,2001年9月到12月通过北极地区。当时太阳正处于第23活动周期的高峰时期,尤利西斯号对其进行了大量的观测。2007年2月7日,尤利西斯号探测器第三次通过了太阳南极地区。

尤利西斯号探测器对太阳极区的冕洞进行了观测,探测到了高纬度的辐射暴,这是先前人们未预料到的。此外,尤利西斯号没有在两极地区发现预想中的宇宙射线,给天文学家们提出了新的课题。此外,尤利西斯号还发现了太阳的南北极温度略有不同的证据。

太阳风传播速度编辑本段回目录

太阳风指的是

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地球磁层抵御了一部分太阳风的干扰,但不是全部
从太阳大气最外层的日冕向空间持续抛射出来的物质粒子流太阳风的得名还和彗星有关。当人们通过先进的观测手段发现彗星离太阳越近,彗发就越明显,彗尾就越长,而且彗尾的方向总是背对着太阳的时候,就开始猜测,也许太阳会放射出一种类似于风的东西,对彗星产生影响。此后的1958年,美国人造卫星上的粒子探测器,探测到了太阳上有微粒流从日冕的冕洞中发出,因此美国科学家帕克将其形象的命名为太阳风。

日冕的温度高达百万度以上,因此日冕物质粒子的热运动速度都非常快,脱离日冕而远离太阳的高速离子即为太阳风。太阳风所造成的质量流失每年约有107 吨,但与太阳的总质量相较,仍微不足道。 太阳风的传播速度约为450公里/秒,太阳探测船–尤里西斯号(ulysses)传回来的数据显示,由太阳极区流出来的太阳风之速度更可高达750公里/秒,而且极区太阳风的成份也略有不同。

太阳磁场逆转编辑本段回目录

欧洲的尤里西斯号太阳观测卫星侦测到奇妙的太阳磁场逆转现象。虽然天文学家早已知道太阳磁极每十一年就会倒转一次,但这还是第一次以太空船观测到这种事件的发生。

太阳磁极每十一年,

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太阳磁场
当太阳活动进入极大期时,便会发生反转的现 象,而 2001 年正是太阳活动的极大期。当太阳磁极倒转时,尤里西斯号正位于太阳南极的上空。

根据尤里西斯号磁力计主要研究员 Andre Balogh表示,这个反转的过程複杂而绵延。在过去几个月裡,太阳磁极不断变换,即使现在,旧磁极仍然存在。目前新生成的太阳磁极区域,正逐渐移向太阳两极,同时旧的磁极则渐渐减弱,最后终被新磁极取代,但这场拉锯战还要持续好几个月。

地球上的天文台在去年底便已发现这个现象,但尤里西斯号的观测位置比地球好得多,它在太阳极区上空更详细地观测到了旧磁极消失与新磁极出现的过程。其实地球位置对于观测太阳高纬度并不合适,但天文学家还是根据地面天文台所观测到的一些複杂现象推测出磁极正在反转。徵兆之一是去年十一月由于磁场争战而发生的一场太阳风暴,大多数太阳活动都发生在低纬度区域,但此时太阳极区的活动也明显增加。

尤里西斯号计画科学家 Richard Marsden 表示,高能量粒子要抵达高纬度区域必须穿越磁力线,显示磁力线纠缠相当紧密,与太阳平静期的磁场结构完全不同。

尤里西斯号于 1990 年发射,以与黄道倾斜大角度的轨道绕行太阳,目前已环绕太阳两圈。现在尤里西斯号正 离开太阳南极,五月将抵达近日点,2001年十月抵达太阳北极上空。

太阳系内银河星尘量增加编辑本段回目录

自 1992 年起,

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事实上,宇宙射线并不是呈如此规律的放射状,而是杂乱无章地射向各个方向
尤里西斯号 (Ulysses) 太空船即不断监测穿越太阳系太阳系的星尘,这些来自银河系云气中的星尘以每秒 26 公里的速度运动,每个尘粒在与太阳的相对运动下得花二十年才能穿越太阳系。尤里西斯号的 DUST 实验还发现,这些星尘的运动深受太阳磁场影响。

在 1990 年代时,太阳风将大部分的星尘阻隔在太阳系之外,但 2002 年的资料显示,在太阳极大期过后,太阳磁场的阻隔作用明显降低,尤其是在太阳磁极对调的溷乱之际,进入太阳系的星尘量增为太阳极大期的三倍之多。

这些星尘微粒很小,不到头髮直径的百分之一,对行星并无直接影响。但它们的运动速度很快,撞击在彗星和小行星表面会在太阳系中产生更多的尘粒。根据高空飞机的测量,每天有四万吨来自小行星与彗星的尘埃进入地球大气层,银河星尘数量升高,也将导致这个数字增加。

“越阳”之旅编辑本段回目录

国外媒体2008年1月24日报道,尤利西斯号太空船完成了一次真正的“越阳”之旅——成功飞越了太阳北极。与其他的太空船不同的是,尤利西斯号能够对太阳极地的太阳风进行取样,在地球上是很难观测到太阳极地的太阳风的。

尤利西斯号太空船1990年10月由航天飞机“发现号”发射升空,是美国国家航空和宇宙航行局以及欧洲宇航局合作的研究项目。尤利塞斯号之前飞越过太阳两极3次,分别是1994-1995年,2000-2001年和2007年。上周,研究太阳的物理学家宣布,新一轮的太阳周期开始了,这次飞跃极地很可能会带一些新的信息,这将对研究太阳的活动周期有很大帮助。

研究尤里西斯号绕日项目的科学家阿瑞克波斯奈(Arik Posner)指出,“在这样一个太阳活动周期新旧变更之际,我们能近距离观测太阳的北极,这真是个极好的机会,我们以前从来没有这样做过。”

许多研究人员都表示确信太阳的两极是太阳

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一个11年周期活动的中心地带。当太阳黑子衰退的时候,他们衰退的磁场会被巨大的等离子流推入两极,这也使两极成为了太阳黑子的“墓地”。旧磁场下沉到距极曲面两百万公里(124000英里)以下的地方,这里是太阳内部的磁发动机,也是产生磁场的地方,这个磁发动机为未来的太阳周期不断地增强磁场。美国宇航局喷气推进实验室尤利西斯号的项目科学家艾德史密斯指出,“正如地球两极对我们研究地球的气候变化很重要,太阳的两极很可能对我们研究它的活动周期情况有着至关重要的作用。”

以前每一次观测,太空船都会带回了一些有趣信息或是一些难题。其中一个难题就是关于太阳两极温度的问题。在以往的太阳活动周期中,磁北极的温度大约是八万华氏度(多于四万四千摄氏度),它比磁南极低8%。这次的太空飞船也许能帮忙解决这个难题,因为它在2007年2月刚去过磁南极,距这次仅不到一年的时间。研究团中的科学家可以在几乎相同的条件下比对测量的南北极的温度。

这次尤利西斯号绕日飞越,几乎覆盖了所有纬度,这是其它太空船所不能达到的,也因此尤利塞斯号成功观测了整个太阳活动周期的极地太阳风,并且发现了这个太阳风的确有些不寻常。尤利西斯发现了两极高速的太阳风:在太阳的两极,太阳大气以每小时一百万英里的速度流入磁场的一个缺口中。波斯奈指出,“12年前,也是在太阳活动周期交替之际,极地太阳风溢流出,几乎波及到了赤道,但是这次没有,极地太阳风在纬度45度以内的地方受到了控制。”

探测成就编辑本段回目录

2007年2月7日尤里西斯号探测器从太阳的南纬80度的上空飞掠过,尤里西斯号曾经在1994-95年和2000-01年飞略太阳的极区,目的是为了研究太阳极区的磁场特性等内容,以下是探测器的成就
1.有利的证明了太阳的磁极的南北极与太阳的南北极是颠倒的
2.发现了太阳磁极的冕洞,并且太阳风可以从冕洞散发出来
3.它证明了太阳的磁极有大量的太阳风粒子和宇宙射线产生
4.发现太阳南极有异常温度 

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