尹懷勤

美歐合作研制和發(fā)射的“尤利西斯”號(hào)太陽(yáng)探測(cè)器在立下赫赫戰(zhàn)功之后，于今年6月30日結(jié)束了其為期超過(guò)18年的探測(cè)使命，相關(guān)科學(xué)家都以戀戀不舍的心情向它告別。

奔向特殊的工作軌道

尤利西斯是羅馬神話(huà)中的英雄，亦即希臘神話(huà)中的奧德修斯，以果敢機(jī)智著稱(chēng)。由美國(guó)宇航局和歐空局聯(lián)合研制的探測(cè)太陽(yáng)奧秘的航天器以其冠名，意在祝福它在按預(yù)定路線(xiàn)邀游太空的征途上大獲全勝。“尤利西斯”號(hào)太陽(yáng)探測(cè)器的飛行實(shí)踐證明，它不僅沒(méi)有辜負(fù)研制者們的期望，而且還使他們?nèi)〉昧讼渤鐾獾氖斋@。史詩(shī)中的奧德修斯歷盡10年艱辛終于返回故國(guó)，成為名垂史冊(cè)的英雄人物，而“尤利西斯”號(hào)航天器亦憑借它的長(zhǎng)達(dá)18年的探測(cè)歷程，成就了科學(xué)探索中的一段傳奇。

這個(gè)以太陽(yáng)為探測(cè)目標(biāo)星的航天器，總質(zhì)量為385千克。上面載有太陽(yáng)風(fēng)等離子體探測(cè)儀等10種儀器。研制者們?yōu)樗O(shè)計(jì)的工作壽命為5年，賦予它的重要任務(wù)是探測(cè)研究太陽(yáng)風(fēng)的特性、太陽(yáng)與太陽(yáng)風(fēng)界面的結(jié)構(gòu)、日光層磁場(chǎng)、太陽(yáng)射電爆發(fā)等，以加深人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)及其周?chē)h(huán)境特性的認(rèn)識(shí)。

1990年10月6日，美國(guó)“發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)載著“尤利西斯”號(hào)太陽(yáng)探測(cè)器發(fā)射升空。“發(fā)現(xiàn)”號(hào)進(jìn)入預(yù)定的飛行軌道6小時(shí)后，機(jī)上航天員打開(kāi)貨艙，施放了“尤利西斯”號(hào)太陽(yáng)探測(cè)器。隨后探測(cè)器啟動(dòng)自身攜帶的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作，以提高飛行速度。當(dāng)探測(cè)器加速到16千米／秒時(shí)，即向深空飛去，開(kāi)始了奔向工作軌道的征程。

研制者們?yōu)椤坝壤魉埂碧?hào)設(shè)計(jì)了一條借助木星引力改變飛行方向的路線(xiàn)。它沖出地球的引力范圍之后，在黃道面內(nèi)沿預(yù)設(shè)軌道飛向木星。具有自主導(dǎo)航能力、自主定向能力和自主姿態(tài)控制能力的“尤利西斯”號(hào)，于1992年2月飛越木星時(shí)，借助木星強(qiáng)大的引力脫離黃道面。沿著與黃道面成80度夾角的橢圓軌道飛向太陽(yáng)的兩極上空，隨即開(kāi)始了對(duì)太陽(yáng)的探測(cè)研究工作。

三次飛躍太陽(yáng)兩極上空

1994年5月～9月，“尤利西斯”號(hào)飛越太陽(yáng)南極區(qū)上空，1995年2月，它從近日點(diǎn)穿越黃道面，1995年5月～9月，它飛越太陽(yáng)北極區(qū)上空。此后，它又奔向遠(yuǎn)日點(diǎn)，并于1998年2月再次穿越黃道面。由此可見(jiàn)，它沿工作橢圓軌道飛行一圈所用的時(shí)間為6年。

按照原定的設(shè)計(jì)壽命，“尤利西斯”號(hào)在1995年9月飛掠太陽(yáng)北極區(qū)上空之后，即應(yīng)停止工作，結(jié)束探測(cè)使命。但令人驚喜的是，它繼續(xù)在工作軌道上正常飛行，繼續(xù)開(kāi)展探測(cè)研究。這樣一來(lái)，它于2000年和2001年依次第二次飛越太陽(yáng)南、北極上空，并于2006年和2007年第三次飛越太陽(yáng)南、北極上空。太陽(yáng)活動(dòng)大概以11年為一個(gè)周期，而“尤利西斯”號(hào)的服役期幾乎覆蓋了兩個(gè)周期，這使其探測(cè)結(jié)果遠(yuǎn)超原來(lái)的想象。

在對(duì)太陽(yáng)開(kāi)展探測(cè)研究期間，“尤利西斯”號(hào)一直與地球站保持著正常通信聯(lián)絡(luò)。位于美國(guó)加利福尼亞州的帕薩迪納噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，作為測(cè)控中心與多個(gè)地球測(cè)控站組成的深空地面測(cè)控網(wǎng)，負(fù)責(zé)與它聯(lián)系。探測(cè)器上的通信系統(tǒng)的接收機(jī)能夠接收地面發(fā)出的遙控指令，其攜帶的發(fā)射機(jī)天線(xiàn)始終對(duì)準(zhǔn)地球，能定時(shí)地將大量的探測(cè)數(shù)據(jù)和圖像發(fā)送回地球。往來(lái)信號(hào)都是以每秒30萬(wàn)千米的無(wú)線(xiàn)電液傳送的。

已在太空遨游了18年9個(gè)月，行程約90億千米的“尤利西斯”號(hào)，雖然今后無(wú)法再傳回?cái)?shù)據(jù)資料，但它依然會(huì)環(huán)繞太陽(yáng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)百年。實(shí)際上，它已成了太陽(yáng)系中的太空垃圾。

獲得寶貴的探測(cè)成果

當(dāng)“尤利西斯”號(hào)從太陽(yáng)南極區(qū)上空跨越太陽(yáng)赤道飛向太陽(yáng)北極區(qū)上空并繼續(xù)飛行再次跨越太陽(yáng)赤道重新回到太陽(yáng)南極區(qū)上空時(shí)，它利用攜帶的科學(xué)儀器對(duì)太陽(yáng)表面進(jìn)行了全方位地觀測(cè)，第一次從三維立體角度考察了太陽(yáng)的詳細(xì)情況。當(dāng)它飛越太陽(yáng)南、北極區(qū)上空時(shí)，啟動(dòng)儀器測(cè)量了極區(qū)磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向，測(cè)量了極區(qū)太陽(yáng)風(fēng)的速度、密度和溫度，測(cè)量了極區(qū)日冕的溫度，探測(cè)了極區(qū)帶電粒子和宇宙線(xiàn)、x射線(xiàn)等，近距離地觀察了太陽(yáng)兩極地區(qū)。它還創(chuàng)下了探測(cè)器觀測(cè)太陽(yáng)最長(zhǎng)時(shí)間的紀(jì)錄，為人類(lèi)提供了有關(guān)太陽(yáng)周期及其影響的史無(wú)前例的視角。

初步分析“尤利西斯”號(hào)傳回地面的數(shù)據(jù)資料，大大改變了人們對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)、太陽(yáng)風(fēng)以及太陽(yáng)表面活動(dòng)情況的認(rèn)識(shí)，還使科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了更多太陽(yáng)系的奧秘。

首先，它發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)兩極地區(qū)的磁場(chǎng)強(qiáng)度幾乎不隨緯度變化，但是其極性卻是紊亂的。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)磁場(chǎng)的影響遍及整個(gè)太陽(yáng)系，對(duì)行星際空間物質(zhì)有著不可忽視的作用。

其次，它發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)風(fēng)的速度會(huì)隨著緯度的增加而加快。從太陽(yáng)赤道到緯度50度的區(qū)域，太陽(yáng)噴出的高速高溫帶電粒子流即太陽(yáng)風(fēng)的速度，由400千米／秒增加到800千米／秒，提高了1倍。在超過(guò)緯度50度的地區(qū)，太陽(yáng)風(fēng)的速度卻基本不變，說(shuō)明兩極地區(qū)太陽(yáng)風(fēng)速度達(dá)到最高值。當(dāng)然，這里說(shuō)的是平靜太陽(yáng)風(fēng)，而非擾動(dòng)太陽(yáng)風(fēng)。

第三，它發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)上來(lái)自宇宙深處的宇宙線(xiàn)密度比預(yù)期的要低，宇宙線(xiàn)密度隨緯度升高變化幅度不大，改變了以前科學(xué)家關(guān)于太陽(yáng)兩極上空的宇宙線(xiàn)密度應(yīng)該比赤道附近高得多的認(rèn)識(shí)。

第四，它對(duì)從外太空進(jìn)入太陽(yáng)系的宇宙塵埃進(jìn)行了探測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)其數(shù)量和質(zhì)量比預(yù)期的要大，結(jié)果顯示比天文學(xué)家們認(rèn)為的至少要多出30倍。

第五，它用氯同位素的新測(cè)量方法，確認(rèn)了宇宙產(chǎn)生于“大爆炸”的理論以及宇宙未來(lái)可能的命運(yùn)。

此外，它為科學(xué)家們研究日光層成分提供了珍貴數(shù)據(jù)，且對(duì)宇宙間的彗星也有意外的發(fā)現(xiàn)。美歐科學(xué)家高度評(píng)價(jià)了“尤利西斯”號(hào)的貢獻(xiàn)。美國(guó)宇航局項(xiàng)目科學(xué)家埃德，史密斯說(shuō)，“尤利西斯”號(hào)的科研探測(cè)范圍之廣令人驚奇。歐空局項(xiàng)目負(fù)責(zé)人理查德，馬斯登說(shuō)，“尤利西斯”號(hào)教給了我們比預(yù)期的多得多的關(guān)于太陽(yáng)及其與周?chē)臻g相互作用方式的知識(shí)，確是一項(xiàng)非凡的科學(xué)探測(cè)。

太陽(yáng)作為太陽(yáng)系的中心天體，對(duì)各大行星的形成、發(fā)展和演變都起著重大作用。它的活動(dòng)與地球人類(lèi)生活密切相關(guān)，因此“尤利西斯”號(hào)的探測(cè)成果，不僅具有珍貴的科學(xué)價(jià)值，且有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于太陽(yáng)是一顆具有高溫和強(qiáng)輻射的熾熱大火球，航天器很難飛抵其近旁進(jìn)行觀測(cè)，故而“尤利西斯”號(hào)在特殊軌道和一定距離上的成功對(duì)日探測(cè)，也為人類(lèi)今后研制和發(fā)射太陽(yáng)探測(cè)器提供了借鑒和積累了經(jīng)驗(yàn)。