亚洲磁层观测卫星全体跻身专门的学问轨道,队

作者:新闻资讯

欧洲航天局22日宣布,执行欧洲克鲁斯特-II大气磁层研究计划的四颗科学观测卫星已经全部进入工作轨道,它们将在未两年里提供大量有关地磁层与太阳风相互作用的详细数据。这四颗由欧洲航天局制造的卫星分别名为“萨尔萨”、“桑巴”、“伦巴”和“探戈”,它们全部是从哈萨克斯坦拜科努尔发射场发射升空的。前两颗卫星的发射时间为7月16日,后两颗为8月9日。本月26日,这四颗卫星将完成在远地点12.06万公里,近地点1.72万公里,倾斜角为94度运行轨道上的四面体排列。此后,它们将穿过地磁场与星际太空间的磁层顶,并从2001年2月开始进行对极地上空磁层区域的观测。克鲁斯特-II计划是欧洲航天局的一项重要计划,其目的是研究太阳与地球间复杂的磁场关系和物理现象,特别是太阳风带电粒子流与地球磁层间的相互作用关系。欧洲航天局称,这项计划提供的数据将是迄今人们所能得到的有关太阳与地球关系的最精确数据,它将为人类描绘出第一张关于地磁层与太阳风相互作用关系的立体图像。欧洲航天局曾于1996年尝试执行内容相同的克鲁斯特-I计划,但因携带卫星的欧洲“阿丽亚娜5型”火箭升空爆炸而告失败。

International Solar Terrestrial Physical Satellite Series士 元上世纪90年代初,美国、日本、欧洲航天局和俄罗斯联合开始实施"国际日地物理"计划。按照ISTP计划,美、日、欧洲航天局和俄罗斯向地球空间发射了多颗国际日地物理探测卫星,其中最为抢眼的是"太阳和日球观测台"和"团星"2近几十年来,人类的活动范围已经从陆地、海洋和大气层之后快速地延伸到了地球空间,这个区域已成为与人类活动息息相关的"第四区域"。它是人造地球卫星、载人航天器、航天飞机与空间站的飞行区域,是目前人类开发和利用太空资源、从事对地观测与太空科学试验、进行太空军事进攻与防御的主要活动区域。对于这个区域的环境人类还知之不多,这个区域突发的"空间暴"常常损坏空间飞行器,同时也直接威胁航天员的生命安全。据统计,迄今已发生的6000多起卫星故障中,大约40%是由空间环境异常引起的。为了减少损失,1993年,美国、日本、欧洲航天局和俄罗斯联合开始实施ISTP计划,它是20世纪的一项空前规模的国际合作空间探测计划。在ISTP计划下,美、日、欧洲航天局和俄罗斯向地球空间发射了多颗国际日地物理探测卫星。群星闪烁"地磁尾"卫星是ISTP计划中的第1颗卫星,由日本研制,质量1009千克,1992年7月24日发射入轨,主要任务是研究地磁尾的能量机制以及其他重要区域的物理过程。ISTP计划中的第2颗卫星是"风"卫星,由美国研制,重1250千克,1994年11月1日发射入轨。这颗科学卫星装备了8台科学仪器,用于研究高能粒子和太阳风的来源、加速机制和传播过程。它所研究的太阳风是一股被太阳连续掀起的带电粒子流。太阳风活动的剧增,是紧随太阳大气中的大闪烁或爆发而起,会破坏无线电通信,引起能源系统故障,以及卫星发生触发问题。"风"卫星就是为了对付这种"歪风"而制造的。它主要研究太阳风与地磁层在所谓顶头冲击区的撞击前和撞击后的情况。"风"卫星的任务分成2个阶段:第1阶段是卫星利用月球的重力,在向太阳离地球约159万千米的最大距离,完成一系列8字形的椭圆轨道。在顶头冲击区,"风"卫星上的仪器测量太阳粒子的质量和能量,绘出它们对地磁层影响的图像。第2阶段是卫星机动进入离地球约177万千米的地方。在那里,太阳和地球的重力是相平衡的。所以,当太阳风到达地磁层以前,正好可以研究它。通过这些观测,有助于科学家预测太阳闪烁对地球带来问题的严重性。该卫星上还携带2台测风仪器,1台由俄罗斯提供,另1台由戈达德空间飞行中心提供。这2台仪器从深空探测γ射线,以搞清楚神秘的高能辐射爆发问题,这是至今人们尚不能解释的现象。俄罗斯提供的这台仪器是俄罗斯在美国卫星上使用的第1台科学仪器。"太阳和日球观测台"是 ISTP计划的第3颗卫星,由欧洲研制,起飞质量1864千克,1995年12月2日发射入轨。它载有3类仪器:太阳大气遥感仪、太阳风测量仪和太阳震动测量仪。这些仪器已用于研究太阳的内部结构、最外层和太阳风的起源与组成。至今,"太阳和日球观测台"已向地球传回大量关于太阳的信息。例如,它发现太阳内部有巨大的高温等离子气体在其表层下流动,其运动方式和特点与地表的信风相似,该发现不仅有助于研究太阳黑子周期性活动,同时也将开创人类预测太阳活动的新纪元。"太阳和日球观测台"把太阳的一举一动尽收眼底。例如,2001年4月1日,它拍到了太阳表面出现的1个庞大黑子,其表面积比地表面积大13倍。ISTP计划中的第4颗卫星是"极"卫星,由美国研制,质量为1300千克,1996年2月24日发射入轨,主要任务是研究电离层在亚暴现象和磁层能量平衡中所起的作用。2001年7月15日和8月9日分别升空的4颗"团星"2号是ISTP计划中的第5批卫星。它是1个星座,此前曾发射过"团星"1号星座,但因火箭故障而箭毁星亡。"太阳和日球观测台"主要研究太阳和太阳高能粒子流,而"团星"2号主要研究地球磁层随太阳活动的快速变化。美丽的"团星"2号"团星"2是ISTP计划中最引人注目的卫星,由欧洲航天局研制。它由四颗同样的卫星构成,安装相同探测仪器。四颗卫星在空间形成了一个四面体,相当于一颗巨大的卫星,可探测空间环境的三维小尺度时空结构和时空变化。"团星"2号卫星由俄罗斯的"联盟"号火箭发射上天。其设计寿命为2年,目的是测定太阳风暴如何影响和穿透具有保护性的地球磁层。现在,它们在监测空间天气方面正发挥重要作用。"团星"2号重1250千克,是由德国阿斯垂姆公司为欧洲航天局制造的,所进行的观测将会丰富其他欧洲、美国及日本卫星收集的数据。每颗卫星均载11台相同的观测仪器,并由欧洲航天局位于德国达姆施塔特的欧洲航天操作中心控制。这4颗"团星"2号卫星以不对称金字塔形组网飞行,可对太阳现象进行三维观测。它作为ISTP计划的一部分,可使世界各地研究同类现象的科学家获得"团星"2号的数据。由于欧洲的"太阳和日球层观测台"始终定向太阳,所以欧洲航天局科学卫星计划管理者通过地面小组使该卫星向4颗"团星"2号中继数据。当太阳爆发和太阳风的带电粒子穿透地球磁层时,卫星能更好地进行跟踪。"团星"2号能向人类提供太阳对近地球环境影响的最详尽信息。它同时提供4个观察点,就像在球门后安置了1个摄像机,同时在另外3个不同的角度上还有3台摄像机。这是第1次对地球磁场进行这样的观测,它将使人们更详细地了解地球周围的空间环境。该星座在监测空间天气方面的独特作用主要体现在以下三方面:一是能够同时进行三维物理测量;二是携带了先进的科学仪器;三是其轨道特性可保障对关键区域的观测。它是人类首次对磁层进行三维物理测量。卫星探测的优点是可直接获得各探测点的物理参数,而探测点的位置和到达该位置的时间是由卫星轨道确定的,卫星不可能停留在空间某一点连续测量其变化,所以,用单一卫星测量时,无法区分变化是由于探测对象的时间变化造成的,还是由于空间分布不均匀造成的,即存在时间和空间的不可分辨性。用2颗卫星同时测量时,可获得沿卫星连线方向物理量的空间变化,但这只是一维变化;若使用3颗卫星同时观测,也只能获得二维变化;只有用由4颗构成四面体的卫星同时测量,才能进行三维物理测量。"团星"2号星座各卫星之间的间距随测量区域特点的不同而不同,它们克服了以前的卫星1次只能测量1个点数据的局限,能够同时测量空间立体结构中4个点的数据,从而使许多以前只能通过1个数据再加上各种假设推算各个物理量的情况得到改变。这样可比较准确地计算出太阳风输入到磁层的能量和动量,大大推动太阳风与磁层相互作用的研究,为准确的空间天气预报提供必要的条件。所以人类能第1次得到关于近地空间各种变化的详细三维信息。它们绕着地球组队飞行,当它们之间只间隔几百千米时,可测出附近空间的小尺度结构,在其他时候,各卫星之间间隔可能会达到20000 千米,这时会得到整个空间事件广阔的图像。有了小尺度和整个事件的数据,人们就可以准确地确定磁层亚暴发生的位置,精确地计算各区域的电流分布,进而比较准确地计算太阳风输入到磁层的能量和动量,这将大大地推动太阳风与磁层相互作用的研究,为准确的空间天气预报提供必要的条件。"团星"2号中4颗卫星的负载相同,每颗卫星都要进行11项科学实验,主要探测器有10台,其中包括电磁场与等离子波测量仪器、粒子探测仪器和主动卫星电位控制仪器等。另外,星上还有一套数字波处理器,用于对电场、磁场和等离子体波仪器测量的数据进行实时处理。这些仪器的主要特点如下: 可测量各种空间尺度和时间尺度的电场、小尺度电流结构的形状,鉴别等离子体波和扰动的来源,还能够研究非线性波-粒子相互作用。 能进行三维等离子体分布函数测量。 能够对高能离子、电子和强能中性原子进行成像测量,从而确定粒子加速机制和过程。 能够对卫星进行主动电位控制,因而可大大提高低能粒子和电场测量的准确度。为了达到预定的科学目的,4颗"团星"2号卫星选取了几乎相同的非常偏心的极地轨道:近地点为19000 千米,远地点为119000 千米,轨道周期是57 小时。由于地球的公转,轨道的远地点可在不同的时期分别位于晨昏子午线的昏侧、当地正午时分的太阳风中、黎明侧的磁层中和当地午夜时分的等离子体片中。用1年的时间完成1次循环,第2年重复第1年的过程。这样,"团星"2号卫星有时在地磁场的屏蔽之内,有时则完全暴露在太阳风中,轨道穿过了对空间天气研究有重要意义的关键区域。"团星"2号在其飞行过程中通过的关键等离子体区域如下: 弓激波区。 它位于日地连线地球朝向太阳一侧,是太阳风遇到地球磁场减速产生的,太阳风与地磁场相互作用首先发生在这里。研究人员需要知道更多的关于太阳风中粒子加速和波-粒子相互作用的数据,"团星"2号中就有5个仪器将进行这方面的测量。 磁层顶。 它是将太阳风磁场和地球磁场分开的一薄层等离子体。"团星"2号能测量磁层顶的三维结构、动量和几何形状,这将有助于确定到底是那一种动力机制引起了等离子体的穿透。 极尖区。 在磁层顶表面几乎所有地方的地球磁场都与磁层顶相切,这样磁层顶就成了对太阳风粒子的天然屏障,只有两个区域的磁场几乎与磁层顶垂直,使得太阳风中的等离子体能比较直接进入磁层,这就是极尖区。"团星"2号可测量电子和离子的三维结构。它的轨道安排得能够尽可能多地穿过极尖区,以充分得到这个区的数据。

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