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“尤利西斯”计划:为了人类的好奇心,冒险者再次登程

 轻风无意 2019-11-28

“尤利西斯”计划:为了人类的好奇心,冒险者再次登程

【代号名称】“尤利西斯”计划

【英文名称】Ulysses Project

【发起者】美国国家航空航天局与欧洲空间局

【行动时间】1990年10月6日

【目的】研究太阳的性质,加深对太阳风、太阳极区以及行星际磁场等方面的了解

“尤利西斯”计划:为了人类的好奇心,冒险者再次登程

出征前的“尤利西斯”号探测器

【背景】

美国宇航局和欧洲航天联合研制的一颗太阳探测器,目的是研究太阳的性质,加深对太阳风、太阳极区以及行星际磁场等方面的了解。

“尤利西斯”号探测器于1990年10月6日在卡纳维拉尔角由发现号航天飞机发射升空,探测器的控制中心位于美国宇航局的喷气推进实验室。

“尤利西斯”号探测器发射时重370千克,主体是箱式机构,长、宽、高分别为3米、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,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,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。

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根据“尤利西斯”发回的数据模拟的太阳风经过地球时所形成的粒子场

“尤里西斯”号的4大任务:

一是太阳风和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。

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“尤利西斯”号

【行动经过】

1995年2月初,“尤利西斯”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。

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“尤利西斯”号1999年-2004年在太阳系中的飞行轨迹

1990年10月6日,“尤利西斯”号探测器从美国“发现”号航天飞机舱内推出,之后,“尤利西斯”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。

“尤利西斯”号探测器目标之一是探测太阳的极区,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,“尤利西斯”号离开母机后,经16个月的航行,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。

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,6月26日,“尤利西斯”号第一次接近太阳南极,在南极上空飞行、考察,7月到达离太阳最高点,开始向北飞行,并于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1.93亿千米的近日点,同年6月19日第一次通过太阳北极。

1996年5月1日,“尤利西斯”号穿越了百武彗星的尾巴,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。“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。

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“尤利西斯”号2002年-2008年在太阳系中的飞行路线

【后续】

2008年2月23日,美国宇航局日前宣布,美欧合作研制和发射的“尤利西斯”号太阳探测器由于燃料冻结,即将停止工作。这个探测器已经运行超过17年,远远超出预定的5年设计寿命。有关专家打比方说,如果把"尤利西斯"号比作一个预期寿命为70岁的人,那么它现在已经是245岁"高龄"了。17年来围绕太阳飞行近3圈、里程达100亿公里的“尤利西斯”号太阳探测器即将无法继续工作。

“尤利西斯”探测器通过钚核反应堆供电。但科学家几个月前发现,由于探测器运转轨道出现偏差,离太阳越来越远,探测器上的钚燃料开始冻结,热电发生器温度过低无法产生足够的能量。科学家们今年1月试图关闭探测器上的无线电发射器,以节省能量给发生器加温,这一做法不仅没有成功,无线电发射器也没能再次启动。欧洲航天局的专家则称,无线电发射器几周内就可能完全瘫痪。

“尤利西斯”号探测器原本服役期只有5年,但服役期满后依然源源不断向地面传输有效数据,这项任务重新书写了历史。

“尤利西斯”号探测器绕太阳运行的轨道最远处达到木星,因此它在远离太阳的时候温度就会降低。如果温度降到2摄氏度以下,它的燃料就会冻结。在过去,它携带的加热器可以保证燃料温度,但长期超龄运行已经使得相关设备不能再正常工作。

有关专家采取了一些措施,但并不能阻止温度下降,“尤利西斯”的温度很快就将降至2摄氏度以下。

2008年6月12日,欧洲航天局"尤利西斯"号太阳探测器项目负责人之一奈杰尔·安格德当天在新闻发布会上说,探测器目前正运行在距离太阳较远的地方,温度下降得很快,燃料被冻结。安格德随后在接受记者采访时说,研究人员经过估算,认为"尤利西斯"号的燃料将在7月1日前后完全冻结,所以将这个日期大致认定为探测器的"死亡时间"。

2009年6月30日,美国航天局和欧洲航天局分别发表声明说,美欧合作研制和发射的“尤利西斯”号太阳探测器在立下了赫赫战功之后,于当日结束了为期18年多的探测使命。

美国东部时间6月30日16时15分(北京时间7月1日4时15分),“尤利西斯”号按计划完全关闭了信号发射器,地面控制人员此后便失去了与“尤利西斯”号的联系。尽管它今后无法再传回数据,但依然会绕着太阳继续运转,并会持续数百年之久。

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“尤利西斯”成为太空流浪者,这比俄底修斯的结局悲惨很多

【关联性】

“尤利西斯”计划属于针对太阳的星际空间物理探测行动,这种行动计划在“历史脉动”已经发出的行动计划中还有几个,不过他们之间并没有必然的序列关系:

中国的“夸父“计划;

美国的“太阳哨兵”计划和“与恒星共存”计划等。

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【影响】

通过研究"尤利西斯"号发回的数据,研究人员大大扩展了对由带电粒子组成的太阳风的认识。研究人员发现,太阳发出的太阳风有快、慢之分,不同纬度上太阳风的速度不同。最为显著的是,南半球高纬度上太阳风速度大约为每秒750公里,而南半球接近赤道部分太阳风的速度大约为每秒钟400公里。

除此之外,"尤利西斯"还为研究人员提供了大量关于太阳磁场以及太阳表面活动情况的新信息。它对宇宙射线的探测也为人类提供了不少新知识与新课题。

在飞经木星附近时,"尤利西斯"号还6次探测到了源于木星或木星周围卫星以28天为周期的尘埃爆发。它还意外地于2000年和2007年分别经过百武彗星和麦克诺特彗星的彗尾,催生不少惊人发现,例如百武彗星的离子彗尾长度超过5亿公里,是迄今发现的最长彗尾。

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“尤利西斯”观测太阳时的奇妙景象

【评论】

“尤利西斯”计划是人类成功发射的第一个黄道外太阳探测器。地球等行星和大部分探测器都是在位于太阳中部的黄道平面内运行,而“尤利西斯”的运行轨道差不多和黄道平面垂直,这使得科学家首次近距离观察了太阳两极地区。

地球等太阳系行星和大部分探测器都是在位于太阳中部的黄道平面内运行,而“尤利西斯”号的运行轨道差不多和黄道平面垂直,这使科学家可以近距离观察太阳两极地区。它传回的探测数据改变了人们对太阳风、太阳磁场以及太阳表面活动情况的认识,还使科学家发现了更多银河系以及宇宙的奥秘。

美欧科学家高度评价了“尤利西斯”号的贡献。美航天局项目科学家埃德·史密斯说,“尤利西斯”号的科研探测范围之广“令人惊奇”,它为人类提供了有关太阳活动周期及其影响的史无前例的视角。欧航局方面的项目负责人理查德·马斯登称,“尤利西斯”号项目是一项“非凡”的科学探索,其探测结果远超人类想象。它传回的探测结果改变了人们对太阳风、太阳磁场以及太阳表面活动情况的认识,还使科学家发现了更多银河系以及宇宙的奥秘。

马斯登说:“在17年时间里,'尤利西斯'号带给我们许多意想不到的惊喜,虽然这些年来,人类发射了不少太阳探测器,但是它对太阳两极地区的观测至今依然无可比拟。”

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随着使命结束,“尤利西斯”陷入黑暗

【相关资料】

“尤利西斯”号的成就:

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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中国画家笔下的“尤利西斯”(就是“奥德赛”)

【代号说明】

“尤利西斯”,希腊神话《荷马史诗》中智勇双全的“俄底修斯”(也译作“奥德修斯”、“奥德赛”等)的拉丁文名字。

相比较而言,“尤利西斯”在华语世界的名气不如“俄底修斯”更大,虽然他们是同一个人。

关于“尤利西斯”或者“俄底修斯”的传奇故事,在《荷马史诗》中有比较详细的呈现。可以说,这个名字本身,就是无比波澜壮阔与史诗的代名词。

在“历史脉动”已经发布的“奥德赛黎明”行动中,已经对之有更加详细的说明,欢迎回看——不过,“奥德赛黎明”绝非浪漫史诗,而是血腥杀戮。


“历史脉动”微信号:spaseXsea

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