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过渡区和日冕探测器

科普小知识 2023-11-16 08:03:33
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太阳过渡区与日冕探测器是美国宇航局于1998年4月在范登堡空军基地发射的一颗太阳探测卫星,目的是研究太阳的小尺度磁场和等离子体结构,具有极高的空间和时间分辨本领。

名称:过渡区和日冕探测器

制造商:洛克希德·马丁公司

发射日期:1998年4月2日

发射地点:加利福尼亚州,范登堡

轨道:600公里×650公里(373英里×404英里),轨道倾角97.8°。

运载火箭:人马座XL

纬度:34°43′47″N

经度:120°34′37″W

有效载荷:远紫外线成像挈远镜(EIT)

结构尺寸:1.8米×1.1米

1、简介


太阳过渡区与日冕探测器

太阳过渡区与日冕探测器(TransitionRegionandCoronalExplorer)的缩写。TRACE通过对光球层、过渡区和日冕的观测,使得太阳物理学家可以通过定量的方式对太阳小尺度磁场和联合等离子结构之间的关系进行研究。TRACE可以几乎同时观测这些不同的温度区域(不同的波段仅有1秒钟的延迟),同时TRACE的空间分辨率达到了1"。

TRACE卫星是美国宇航局为太阳活动极大年而发射的第一颗太阳探测器,它升空后与太阳和太阳风层探测器(SOHO)互为补充,为研究太阳的日冕结构、加热机制、光球层磁场的变化等课题进行了大量的观测。

这颗卫星使用一枚由一架L-1011飞机在大西洋上空投下的“飞马座XL”火箭发射。它的极轨道使它能够几乎连续不间断地进行太阳观测,在很长的周期内不会被地球的阴影所影响。这条轨道为它观测太阳大气中耀斑和大规模喷发的产生过程提供了宝贵的机会。

2、探测目标

TRACE探测太阳的磁场,以此来研究:

·磁场的3维结构

·光球流随时间的演化

·随时间变化的日冕结构

·日冕和过渡区中的热分布

3、研制历程


太阳过渡区与日冕探测器

这架望远镜由洛克希德·马丁公司与斯坦福大学联合建立的先进技术中心的太阳和天体物理学实验室负责设计、制造、测试和校准。它的基本任务时间为1年,但这颗卫星在发射9年以后仍然运转良好。

1998年TRACE使用飞马火箭在范登堡空军基地发射升空。这次发射使得TRACE能在太阳黑子活动极大年的开始阶段便加入SOHO的行列,对太阳进行观测。当时并没有太阳过渡区与日冕探测器,同时TRACE也是美国为太阳活动极大年发射的第一个太阳探测器。

两个探测器进行了互相补充的观测:TRACE提供高空间和时间分辨率的图像,与此同时SOHO则在距离太阳30个太阳半径处发回分辨率相对较低的图像及光谱数据。它们使得对太阳大气不同温度区域的数字化观测,以及高分辨率成像和分光观测成为可能。

通过它们的数据,我们期望揭开日冕加热和磁流力学的神秘面纱,这不仅对太阳物理十分有必要,同时对恒星活动的研究以及吸积盘的磁流力学也非常的有价值。通过迈克尔孙多普勒成像仪(MDI*)SOHO对光球层磁场的爆发和分布的全程观测对认识TRACE所观测的冕洞形成和日冕层物质抛射十分重要。这些现象对空间环境和地球磁场都有着深远的影响。

SOHO提供了前所未有的机会了跟踪来自太阳对流区深层的磁流,它们会穿过光球层、色球层和过渡区直达低β外层日冕(物理参数β代表气体压力与磁场压力之比,“低β”表明磁场压力远远大于气体压力),同时它也以高时间和空间分辨率来观测日冕层物质抛射。

过渡区从光球层到日冕。在光球层磁场和等离子体几乎均分,但在日冕中磁场则占主导。直到最近日冕仍很难建立起模型,而且很难对它进行高分辨率的观测。与此同时,从空间物理学到天体物理学有许多相关的物理问题急待解决,例如等离子体禁闭、重连、波传播以及等离子体加热。对天体物理,尤其是恒星研究来说,对这些发生在太阳外层大气的问题的深入研究是至关重要的。

4、结构特点


太阳过渡区与日冕探测器拍摄到的太阳黑子爆发

TRACE是一颗单一装备、三轴稳定的飞行器。这颗飞行器的姿态控制系统使用三组磁矩线圈、一部数字太阳传感器、六部低精度太阳传感器、一个三轴磁力计、四组反作用飞轮和三组陀螺仪来保持望远镜的指向。

这颗飞行器的八边形主体中装备了电子设备、计算机、异频雷达收发机、陀螺仪、反作用飞轮和扭矩杆。星体上装有4块砷化镓太阳能电池板和两架天线(分别安装在两块太阳能电池板的末端)。星体的顶端是主要的科学研究设备一一架对太阳进行紫外线成像的望远镜,它的长度为30厘米。

5、仪器设备

直径30cm的TRACE望远镜在主镜和副镜像限仪上使用了4层普通入射镀膜。指向是内稳定式的,可以抵御每秒钟0.1"的颤动。一个1024×1024的CCD可以对8.5'×8.5'的区域成像。一台强大的计算机会对观测数据进行处理,包括目标选择、数据压缩等。在仪器进口窗之后的像限选择器用来选择观测像限。

6、探测发现

2011年4月,太阳过渡区和日冕探测器(TRACE)首次拍摄到分布在太阳表面的壮观太阳黑子群,其最寒冷黑暗区域的温度达到数千摄氏度,最明亮的发光气体流温度超过100万摄氏度。

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