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尤里西斯号探测器

尤里西斯号探测器(Ulysses)是美国国家航空航天局(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的拉丁文名字命名,主要为了研究日球的性质,加深对太阳风、太阳极区以及行星际磁场等方面的了解。

1990年10月6日,尤里西斯号由发现号航天飞机送入太空。

中文名称尤里西斯号探测器英文名称Ulysses
研制方美国、欧洲航天局质量370千克
发射时间1990年10月6日发射场肯尼迪航天中心
运载工具发现号航天飞机

探测器设计

尤里西斯号总重为385千克,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。

尤里西斯号是由一系列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。

探测任务

尤里西斯号的四大任务:

1、太阳风和太阳磁场的三维结构情景;

2、太阳的日冕、耀斑、电磁辐射的成因、变幻情景;

3、太阳系星际空间、行星际气体的空间分布情景;

4、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。

飞行历程

1990年10月6日,尤里西斯号由发现号航天飞机送入太空。尤里西斯号离开航天飞机后,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。

探测成就

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年、1995年、2000年、2001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,尤里西斯号共取得以下成就:

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

任务发现

太阳风传播速度

太阳风指的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,尤里西斯号传回来的数据显示,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

尤里西斯号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。

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,这个反转的过程复杂而绵延。在过去几个月里,太阳磁极不断变换,即使如今,旧磁极仍然存在。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复杂现象推测出磁极正在反转。徵兆之一是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。

太阳系内银河星尘量增加

自1992年起,尤里西斯号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,不到头发直径的百分之一,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

国外媒体2008年1月24日报道,尤里西斯号完成了一次真正的“越阳”之旅——成功飞越了太阳北极。与其他的探测器不同的是,尤里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。

尤里西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里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,探测器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四万四千摄氏度,它比磁南极低8%。这次的探测器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。

这次尤里西斯号绕日飞越,几乎覆盖了所有纬度,这是其它太空船所不能达到的,也因此尤里西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。尤里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。”

尤里西斯号探测器
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最新更新:2015-08-07 13:34
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