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《尤利西斯》 [在太阳极区服役17年的“尤利西斯”号]

发布时间:2019-09-13 04:13:15 影响了:

  张唯诚/编译      OOE计划      1990年10月6日,发现号航天飞机将一枚名为“尤利西斯”的太阳探测器成功释放到了太空,尤利西斯(Odysseus)这个名字来自于西腊神话,即西腊神话中的奥德修斯,是个英勇善战、足智多谋的英雄,他用木马计攻克了特洛伊城后返回故土,一路上屡遭阻挠,历经艰辛,终于在十年后回到了故乡伊塔卡。
  太阳探测器尤利西斯号也有一个奇特而漫长的旅程。离开发现号后,尤利西斯号首先向木星飞去,1992年2月,它抵达木星,在木星引力的帮助下进入环绕太阳运行的轨道,1994年,尤利西斯号飞越太阳南极上空,这是人类的航天器第一次飞越太阳极区,借助尤利西斯号,科学家首次直接观测了太阳的极区景观,第二年,尤利西斯号飞越太阳北极,此后,在十多年的时间里,这枚探测器又先后多次跨越太阳的极区。
  其实,从20世纪60年代开始,人们就发射了一系列探测器探测太阳,1960年3月,美国发射了先驱者5号太阳探测器,这是人类的第一个太阳探测器。后来的先驱者6号、9号和太阳神号等都对太阳进行了一系列探测,另外如先驱者10号、11号和旅行者1号、2号等也都肩负了探测太阳的使命。进入20世纪80年代,美国发射了SMM(太阳峰年)卫星;20世纪90年代,美国和欧空局发射了SOHO(太阳和日球层观测台)太阳观测卫星等,这些探测器的探测活动大大丰富了人类对于太阳的认识。
  然而长期以来,人类对太阳的探测活动一直局限于太阳的赤道地区。科学家希望从太阳的极地上空观测太阳,这个设想早在20世纪50年代就已经产生了,只是由于运载火箭缺乏强劲动力,探测器难以直接进入抵达太阳极地上空的环太阳轨道才一直未能实现。20世纪70年代,航天动力科技已经相对成熟,欧洲和美国的科学家开始考虑实施一项名为“脱离黄道”(out-of-ecliptic)的太空计划,简称(OOE),他们的设想是,发射两枚太阳探测器飞向木星,借助木星的引力,这两枚探测器跃出黄道面后分别沿着与黄道面成近乎垂直的轨道飞往太阳的南极和北极上空,从而实现对太阳两极的直接观测。1976年,这项计划得到正式认可,决定1983年2月将这两颗太阳探测器发射升空。
  
  飞越太阳极区
  
  然而进入20世纪80年代后,美国人把注意力都集中在了航天飞机上,其他的太空计划则在资金上受到不同程度的减缩,这其中也包括OOE计划,于是欧洲空间局决定他们自己研制一枚太阳探测器,部分仪器由美国提供,并由航天飞机搭载升空,这枚探测器就是尤利西斯号。
  尤利西斯号由德国制造,重385千克,搭载有9种探测仪器,由于尤利西斯号必须飞临木星,而那里远离太阳,阳光极其微弱,只相当于地球附近的1/25,因此假若采用太阳能,尤利西斯号的太阳能电池板重量将接近600千克,整个探测器的重量也因此要增加近一倍,这将为航天飞机的助推器增加极大的负担。所以尤利西斯号的能量来自一台放射性同位素热电式发电机,这种发电机为尤利西斯号搭载的所有系统提供了足够的电力,包括航行、通讯和科学仪器的运转,它只有56千克。
  尤利西斯号的设计寿命只有5年,但它却实际工作了17年。在这17年里,它每6.3年绕太阳一周,其绕行太阳的轨道面与太阳赤道近乎垂直。1994年和1995年,它第一次飞越太阳两极,那时的太阳处于活动的极小期,第二次飞越两极是2000年和2001年,那时的太阳迎来了它活动的极大期,而尤利西斯号最后一次飞越北极是2008年1月,科学家打算让他于2008年3月飞越南极继续发回数据,但最终因燃料问题而难以实现。
  尤利西斯号是绕极飞行的,当它从太阳赤道上空飞向两极时,可以完整地观测太阳从赤道到极区的所有部分,对太阳表面一览无余,这是其他探测器未曾办到的。尤利西斯号发现,太阳两极的温度并不一样,北极的温度低于南极,它还发现两极的太阳风速度极高,达到每秒800千米,是赤道太阳风速度的两到三倍。尤利西斯号对极区的密度、磁场,带电粒子、宇宙射线、X射线等进行了全面的观测,这些数据将对科学家进一步了解太阳的结构与性质提供了极大的帮助。
  
  穿越彗尾
  
  尤利西斯号在太空中飞行了17年,在如此漫长的时间里,它也遭遇了一些奇异的事,如多次探测到源于木星或木星卫星的尘埃爆发,还三次遭遇了彗星的尾巴,并从彗尾中穿过。1996年5月1日,从尤利西斯号发回的数据中,科学家发现正常的太阳风数据被一些以前从未在太阳风中出现过的气体数据所取代,分析研究了这些数据后,人们惊讶地发现,尤利西斯号经过了百武彗星(CometHyakutake,C/1996B2)的彗尾,当时这颗彗星的彗核正在太阳系的另一边,因此人们推算出这条彗尾长达5.7亿公里,是日地距离的4倍,这是人类发现的最长的一条彗尾。第二次遭遇彗尾是2004年,那次尤利西斯号穿越了麦克诺特-哈特利彗星(cometMcNaught-Hartley,C/1999T1)的离子尾,按照当时尤利西斯号所在的距离,它是不会遭遇这条彗尾的,然而事不凑巧,当时太阳刚刚经过了一次日冕物质喷发,喷发将彗星物质带到了尤利西斯号附近,于是凑成了尤利西斯号和彗尾物质的相遇。第三次是去年2月,尤利西斯号在距麦克诺特彗星((cometMcNaught)的彗核约2.57亿公里的地方穿越了它的离子尾。尤利西斯号发现,原本速度应高达每秒八百公里的太阳风在彗尾中降到了每秒400公里以下。
  2008年1月14日,尤利西斯号第三次越过太阳北极。科学家打算让它接下来再次飞越太阳南极,这样它就完成了环绕太阳三周的旅行,然而不久以后,人们便发现尤利西斯号无法在飞越南极时正常工作了,它的能量已十分微弱,需要加热的联氨燃料将在远离太阳的地方渐渐冻结,最后将导致无法传回数据,也无法实行操控。
  尤利西斯号多次成功飞越太阳极区,实现了在太阳活动周期中的不同时期对太阳南北两极的直接观测,长达17年的传奇之旅为科学家提供了极为丰富的探测数据,人类对于太阳的认识将因此获得进一步的深化。

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