告别“尤利西斯”

尹怀勤

美欧合作研制和发射的“尤利西斯”号太阳探测器在立下赫赫战功之后，于今年6月30日结束了其为期超过18年的探测使命，相关科学家都以恋恋不舍的心情向它告别。

奔向特殊的工作轨道

尤利西斯是罗马神话中的英雄，亦即希腊神话中的奥德修斯，以果敢机智著称。由美国宇航局和欧空局联合研制的探测太阳奥秘的航天器以其冠名，意在祝福它在按预定路线邀游太空的征途上大获全胜。“尤利西斯”号太阳探测器的飞行实践证明，它不仅没有辜负研制者们的期望，而且还使他们取得了喜出望外的收获。史诗中的奥德修斯历尽10年艰辛终于返回故国，成为名垂史册的英雄人物，而“尤利西斯”号航天器亦凭借它的长达18年的探测历程，成就了科学探索中的一段传奇。

这个以太阳为探测目标星的航天器，总质量为385千克。上面载有太阳风等离子体探测仪等10种仪器。研制者们为它设计的工作寿命为5年，赋予它的重要任务是探测研究太阳风的特性、太阳与太阳风界面的结构、日光层磁场、太阳射电爆发等，以加深人类对太阳及其周围环境特性的认识。

1990年10月6日，美国“发现”号航天飞机载着“尤利西斯”号太阳探测器发射升空。“发现”号进入预定的飞行轨道6小时后，机上航天员打开货舱，施放了“尤利西斯”号太阳探测器。随后探测器启动自身携带的火箭发动机工作，以提高飞行速度。当探测器加速到16千米／秒时，即向深空飞去，开始了奔向工作轨道的征程。

研制者们为“尤利西斯”号设计了一条借助木星引力改变飞行方向的路线。它冲出地球的引力范围之后，在黄道面内沿预设轨道飞向木星。具有自主导航能力、自主定向能力和自主姿态控制能力的“尤利西斯”号，于1992年2月飞越木星时，借助木星强大的引力脱离黄道面。沿着与黄道面成80度夹角的椭圆轨道飞向太阳的两极上空，随即开始了对太阳的探测研究工作。

三次飞跃太阳两极上空

1994年5月～9月，“尤利西斯”号飞越太阳南极区上空，1995年2月，它从近日点穿越黄道面，1995年5月～9月，它飞越太阳北极区上空。此后，它又奔向远日点，并于1998年2月再次穿越黄道面。由此可见，它沿工作椭圆轨道飞行一圈所用的时间为6年。

按照原定的设计寿命，“尤利西斯”号在1995年9月飞掠太阳北极区上空之后，即应停止工作，结束探测使命。但令人惊喜的是，它继续在工作轨道上正常飞行，继续开展探测研究。这样一来，它于2000年和2001年依次第二次飞越太阳南、北极上空，并于2006年和2007年第三次飞越太阳南、北极上空。太阳活动大概以11年为一个周期，而“尤利西斯”号的服役期几乎覆盖了两个周期，这使其探测结果远超原来的想象。

在对太阳开展探测研究期间，“尤利西斯”号一直与地球站保持着正常通信联络。位于美国加利福尼亚州的帕萨迪纳喷气推进实验室，作为测控中心与多个地球测控站组成的深空地面测控网，负责与它联系。探测器上的通信系统的接收机能够接收地面发出的遥控指令，其携带的发射机天线始终对准地球，能定时地将大量的探测数据和图像发送回地球。往来信号都是以每秒30万千米的无线电液传送的。

已在太空遨游了18年9个月，行程约90亿千米的“尤利西斯”号，虽然今后无法再传回数据资料，但它依然会环绕太阳继续运转数百年。实际上，它已成了太阳系中的太空垃圾。

获得宝贵的探测成果

当“尤利西斯”号从太阳南极区上空跨越太阳赤道飞向太阳北极区上空并继续飞行再次跨越太阳赤道重新回到太阳南极区上空时，它利用携带的科学仪器对太阳表面进行了全方位地观测，第一次从三维立体角度考察了太阳的详细情况。当它飞越太阳南、北极区上空时，启动仪器测量了极区磁场的强度和方向，测量了极区太阳风的速度、密度和温度，测量了极区日冕的温度，探测了极区带电粒子和宇宙线、x射线等，近距离地观察了太阳两极地区。它还创下了探测器观测太阳最长时间的纪录，为人类提供了有关太阳周期及其影响的史无前例的视角。

初步分析“尤利西斯”号传回地面的数据资料，大大改变了人们对太阳磁场、太阳风以及太阳表面活动情况的认识，还使科学家发现了更多太阳系的奥秘。

首先，它发现太阳两极地区的磁场强度几乎不随纬度变化，但是其极性却是紊乱的。同时发现，太阳磁场的影响遍及整个太阳系，对行星际空间物质有着不可忽视的作用。

其次，它发现太阳风的速度会随着纬度的增加而加快。从太阳赤道到纬度50度的区域，太阳喷出的高速高温带电粒子流即太阳风的速度，由400千米／秒增加到800千米／秒，提高了1倍。在超过纬度50度的地区，太阳风的速度却基本不变，说明两极地区太阳风速度达到最高值。当然，这里说的是平静太阳风，而非扰动太阳风。

第三，它发现太阳上来自宇宙深处的宇宙线密度比预期的要低，宇宙线密度随纬度升高变化幅度不大，改变了以前科学家关于太阳两极上空的宇宙线密度应该比赤道附近高得多的认识。

第四，它对从外太空进入太阳系的宇宙尘埃进行了探测和分析，发现其数量和质量比预期的要大，结果显示比天文学家们认为的至少要多出30倍。

第五，它用氯同位素的新测量方法，确认了宇宙产生于“大爆炸”的理论以及宇宙未来可能的命运。

此外，它为科学家们研究日光层成分提供了珍贵数据，且对宇宙间的彗星也有意外的发现。美欧科学家高度评价了“尤利西斯”号的贡献。美国宇航局项目科学家埃德，史密斯说，“尤利西斯”号的科研探测范围之广令人惊奇。欧空局项目负责人理查德，马斯登说，“尤利西斯”号教给了我们比预期的多得多的关于太阳及其与周围空间相互作用方式的知识，确是一项非凡的科学探测。

太阳作为太阳系的中心天体，对各大行星的形成、发展和演变都起着重大作用。它的活动与地球人类生活密切相关，因此“尤利西斯”号的探测成果，不仅具有珍贵的科学价值，且有重要的现实意义。由于太阳是一颗具有高温和强辐射的炽热大火球，航天器很难飞抵其近旁进行观测，故而“尤利西斯”号在特殊轨道和一定距离上的成功对日探测，也为人类今后研制和发射太阳探测器提供了借鉴和积累了经验。