太空探索/衛星敗部復活 反成太陽風觀測利器

一對約一年前被判定失效的美國航太總署(NASA)衛星,現在敗部復活,即將進行一項嶄新的繞月任務。

這對衛星正式編號為THEMIS(西蜜斯任務)P1和P2,在2007年時,NASA總共發射了由5架衛星組成的艦隊進入地球磁圈,研究地磁風暴的物理性質,臺灣地區的國家太空中心和中央大學太空所也有參與相關計畫。

THEMIS是「Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms(副磁暴事件時間進程與大尺度交互作用)」的簡稱,而P1和P2是軌道在最外側的2架衛星。這個任務開始不久,就發現許多先前未知的現 象,如碰撞極光(colliding auroras)、太空磁震(magnetic spacequakes)、電漿子彈速擊(plasma bullets shooting up)以及地球背面的磁尾(magnetic tail)等。這些發現讓科學家解決了好幾個懸宕已久的北極光之謎。(註:以上名詞均為暫譯)

然而由於這些衛星均以太陽能為動力來源,原設計中,失去陽光而無法充電的時間可達3小時左右都沒問題;但隨著軌道演化,2009年時P1和P2每天行經地球陰影的時間長達8小時左右,電力逐漸流失而導致衛星即將逐漸停擺。

由於這個任務本來進行得很順利,這兩架衛星就這樣停擺實在很可惜,因此任務科學家們絞盡腦汁想讓它們敗部復活。評估之後發現:衛星殘餘的電腦還足以讓它們航向月球!NASA於2009年末同意這個敗部復活賽,P1和P2因而開始遠離地球陰影的影響,向月球前進。

新契機要有新任務名稱,NASA將新任務改名為「ARTEMIS」,也就是希臘神話中的月亮女神之名「阿蒂米斯」,不過其實是 「Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun(月球與太陽交互作用之加速、再連結、擾動和電磁動力)」的縮寫。



ARTEMIS第一個大事紀發生於2010年8月25日,其中的P1抵達月球背面的L2拉格朗日點(Lagrange point),P2隨後在10月22日進入月地之間的L1拉格朗日點。所謂的拉格朗日點就是地球和月球的重力平衡點。

這是人類首度探索地月系統的拉格朗日點,一般的太空船或衛星並不會在此停留。但這些拉格朗日點其實只在地球磁圈外一點點,因此可以好好地研究太陽 風性質。ARTEMIS衛星上的感應器可感測抵達地球附近的太陽風粒子流或太陽風暴雲,可做為太空氣象預測先鋒。從兩個相反的拉格朗日點進行觀測,可以前 所未有的大尺度來測量太陽風擾動狀況,對瞭解太陽風性質非常有幫助。

此外,ARTEMIS還將探索月球的電漿尾流(plasma wake),也就是月球造成的太陽風擾動型態,就像是船前進時,在船尾形成的尾波一樣。換言之,這個地方簡直是研究電漿波動的寶庫,科學家們都在等著發現並研究各式各樣的電漿波動。

ARTEMIS的另一個觀測目標是地球的磁尾(magnetotail)。地球磁場受到太陽風衝擊,面對太陽風一側被壓縮,但背對太陽風一側則向 後延伸到月球軌道以外之處,像條尾巴一樣。大約每逢滿月前後, ARTEMIS便可隨著月亮穿越地球磁尾,此時便可趁機測量地球磁尾性質狀態,特別是磁力線重新連結(magnetic reconnection)事件,或甚至是磁暴期間被爆發加速的爆發漿團(plasmoids)襲擊月球的現象。無論哪一種現象,或許最後都可以應用在地 球探索中,將之轉換成地球可用的再生能源。

待在拉格朗日點約6個月之後,ARTEMIS將會繼續向月球靠近,最初將維持距離月表約100公里的狀態,最後的距離則將遠少於此,因此可近距離直接觀察在沒有大氣層或磁場的保護下,太陽風對月表岩石所造成的風化侵蝕。這對未來的太陽系行星探索任務相當重要。

由於月球重力場並不規律,月球內部有許多質量聚集的質量瘤(mascon),會以未知的方式拉扯這些衛星,造成它們的軌道逐漸改變。 ARTEMIS目前以非常橢圓的軌道來盡可能規避這個問題,近月點約僅數十公里,但遠月點可達18,000公里左右,如此一來,接近月表的時間相當短暫, 但遠離月球的時候還是可以繼續觀察太陽風,累積觀測資料的時間可延長到數年之久。(文/引用自臺北天文館之網路天文館網站)

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