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日地關係天文台

衛星

日地關係天文台（Solar Terrestrial Relations Observatory，縮寫簡稱STEREO），又譯日地關聯天文台，是美國太空總署和約翰·霍普金斯大學聯合研製的兩顆太陽探測衛星，於2006年10月26日發射升空，分別位於地球繞太陽公轉的軌道前方和後方，目的是在不同的角度對太陽進行立體觀測，拍攝太陽的三維影像。

日地關係天文台
STEREO
日地關係天文台的電腦模型
任務類型太陽觀測衛星
運營方NASA
國際衛星標識符STEREO A：2006-047A
STEREO B：2006-047B
衛星目錄序號STEREO A：29510
STEREO B：29511
網站stereo.gsfc.nasa.gov
stereo.jhuapl.edu
任務時長
  • 原定2年
  • STEREO-A目前已運作18年1個月22日
  • STEREO-B自2018年10月17日停止運作，運作了9年10個月30天
航天器屬性
製造方APL
發射質量619 公斤
乾質量547 公斤
尺寸衛星本體：
長 1.22 公尺, 寬 2.03 公尺, 高 1.14 公尺
含太陽能板：
全長 6.47 公尺
IMPACT：
完全展開時長度約4公尺
功率475 瓦
任務開始
發射日期2006年10月26日
0時52分00.339秒 UTC
運載火箭三角洲二號運載火箭 7925-10L
發射場卡納維爾角空軍基地 SLC-17B
承包方ULA
軌道參數
參照系日心軌道
軌域STEREO A：前導於地球
STEREO B：尾隨地球
週期STEREO A：346天
STEREO B：388天
儀器列表

日地關係天文台是在2006年10月26日世界時間0點52分在美國佛羅里達州的卡納維拉爾角由德爾塔Ⅱ型火箭發射的[1]，軌道是橢圓形，遠地點到達月球以外。兩顆衛星在結構上有細微的差別。運行在地球軌道前方的衛星叫做STEREO-A，運行在後方的叫做STEREO-B。2007年4月23日，美國太空總署發佈了日地關係天文台拍攝的首批太陽三維圖像[2]。在最初失去聯繫四年後，美國太空總署終止了2018年10月17日開始的對STEREO-B的周期性恢復行動，正式宣告STEREO-B任務結束[3]。

任務歷程

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這個介紹性的視頻演示了STEREO的位置，並顯示了整個太陽的同步圖像。
STEREO的軌道動畫
 
以太陽為中心
 
相對於太陽和地球
  STEREO-A

  STEREO-B   地球

  太陽

這兩個STEREO 航天器於2006年10月26日世界標準時00：52從位於佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地的發射台17B發射，搭載 Delta II 7925-10L 發射器進入高橢圓地心軌道。遠地點到達月球的軌道。2006年12月15日，在第五次軌道運行時，這對搭檔在月球附近飛掠，以獲得重力輔助。由於兩個航天器的軌道略有不同，STEREO-A被彈射到地球軌道內的日心軌道，而STEREO-B暫時保持在高地球軌道上。2007年1月21日，STEREO-B在同樣的軌道公轉中再次與月球相遇，從STEREO-A相反方向從地球軌道彈出。STEREO-B號航天器進入了地球軌道之外的日心軌道。STEREO-A花了347天完成一次太陽公轉，而STEREO-B花了387天。STEREO-A航天器/太陽/地球的角度將以每年21.650°的速度增加。STEREO-B航天器/太陽/地球的角度每年將改變21.999°.考慮到地球軌道的長度約為9.4億公里，兩艘航天器的平均速度都是1.8公里/秒，在旋轉的地心參考系中，太陽總是在同一個方向上，但是速度差異很大，這取決於它們距離各自的遠日點或近日點(以及地球的位置)有多近。這是它們當前的位置 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）。

隨着時間的推移，STEREO航天器繼續以每年大約44°的速度相互分離。飛船沒有最終定位。他們在2009年1月24日達到了90°的分離，這種情況被稱為正交。這引起了人們的興趣，因為一個航天器從側翼觀察到的質量噴射可以通過另一個航天器的原位粒子實驗觀察到。在2009年末，當他們經過地球的拉格朗日點L4和L5時，他們搜索了地球的特洛伊小行星。2011年2月6日，兩個航天器正好相距180°，這使得人們第一次能同時看到整個太陽[4]。

即使角度增加，增加一個地基視圖，例如，從太陽動力學天文台，仍然提供了幾年的全太陽觀測。2015年，STEREO航天器經過太陽後面時，失去了幾個月的聯繫。然後他們開始再次接近地球，在2023年8月最接近地球。他們將不會被重新捕獲到地球軌道[5]。

失去與STEREO-B的聯繫

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2014年10月1日，在一次計劃中的重新設置以測試飛行器的自動化時，與STEREO-B失去了聯繫，因為預計到了前面提到的太陽「會合」期。研究小組最初認為太空船已經開始旋轉，減少了太陽能電池板產生的能量。後來對接收到的遙測數據進行的分析得出結論認為，航天器處於每秒約3°的不受控制的旋轉狀態; 這種速度太快，無法立即用其反作用輪進行修正，因為反作用輪會變得過飽和。

美國太空總署利用其深空網絡，先是每周一次，後來每月一次，試圖重建通信。

經過22個月的沉默，聯繫在2016年8月21日世界協調時22:27恢復，當時深空網絡在STEREO-B上建立了2.4小時的鎖定[6][7][8] 。

工程師們計劃開發修復航天器的軟件，但是一旦計算機啟動，在 STEREO-B再次進入安全模式之前，只有大約2分鐘的時間上傳修復程序[9]。此外，當飛船在接觸時功率為正時，它的方向會發生漂移，功率水平會下降。雙向通信已經實現，開始恢復航天器的指令在8月和9月的剩餘時間內發出[7]。

2016年9月27日至10月9日期間，六次通信嘗試均告失敗，9月23日後未檢測到信號。工程師們確定，在試圖使航天器旋轉的過程中，一個凍結的推進器燃料閥可能導致了旋轉的增加而不是減少[7]。隨着STEREO-B沿軌道運行，人們希望它的太陽能電池板可以再次產生足夠的能量為電池充電。

在最初失去聯繫四年後，美國太空總署終止了2018年10月17日開始的對STEREO-B的周期性恢復行動[3]。

任務優勢

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STEREO航天器在德爾塔二號的整流罩

這次任務的主要優勢是可以獲得太陽的立體圖像。因為衛星在地球軌道上的不同位置，但是距離地球很遠，所以它們可以拍攝到從地球上看不到的太陽部分。這使得美國太空總署的科學家可以直接監測太陽的背面（相對於地球的視角），而不是通過從地球的太陽視圖中收集到的數據來推斷太陽背面的活動 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）（利用磁力圖與日震學）。STEREO衛星主要監測日冕物質拋射的另一面——太陽風，即太陽等離子體和磁場的大規模爆發，這些物質有時會被拋射到太空中[10]。

由於日冕物質拋射或日冕物質拋射的輻射可以破壞地球的通信、航空、電網和衛星，因此對日冕物質拋射進行更準確的預測有可能為這些服務的運營商提供更多的警告。在STEREO之前，只有利用日震學才有可能探測到太陽背面與日冕物質拋射有關的太陽黑子，日震學只能提供太陽背面活動的低解像度地圖。由於太陽每25天自轉一次，在STEREO出現之前，地球有好幾天都看不到太陽背面的細節。太陽背面以前是看不見的，這段時間是STEREO任務的主要原因。

STEREO項目科學家馬杜利卡·古哈塔庫爾塔（英語：Madhulika Guhathakurta）預計，隨着360°恆定太陽視角的出現，理論太陽物理學和空間天氣預報將取得「重大進展」。STEREO的觀測結果被納入航空公司、電力公司、衛星運營商和其他公司的太陽活動預報中。[11][12]


STEREO 還被用於發現122顆食雙星和研究數百顆變星[13]。STEREO可以觀察同一顆恆星長達20天。

2012年7月23日，STEREO-A處於2012年太陽風暴日冕物質拋射的路徑上。這次日冕物質拋射如果進入地球的磁層，估計會造成與卡靈頓事件相似的強度，這會是有記錄以來最強烈的磁暴。STEREO-A的儀器能夠在不受損害的情況下收集和傳遞大量有關該事件的數據。

搭載儀器

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STEREO的儀器

日地關係天文台每顆衛星的重量大約為642千克，設計壽命至少為2年。衛星上搭載的主要儀器有：

  • 日地關聯日冕和太陽風層探測器（Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation, SECCHI），目的是研究日冕物質拋射從太陽表面穿過日冕，直到行星際空間的演化過程。該儀器由五台成像裝置組成，一台極紫外成像儀和兩台白光日冕儀組成的太陽中心設備（SCIP），其目的是對太陽圓面和日冕進行成像，兩台太陽風層成像儀（HI1與HI2），目的是觀測太陽和地球之間的的行星際空間。
  • 粒子和日冕物質拋射暫現原位測量裝置（In-situ Measurements of Particles and CME Transients, IMPACT），目的是研究高能粒子，以及太陽風電子和行星際磁場的空間分佈。
  • 等離子體和超熱離子構件（Plasma and Suprathermal Ion Composition, PLASTIC），主要任務是研究質子、α粒子和重離子的特性。
  • STEREO/WAVES（S/WAVES），是一個無線電暴追蹤系統，目的是研究太陽爆發對地球的無線電干擾。
  • 微型慣性測量單元（MIMU），核心部件是3個陀螺儀，用於測定衛星的姿態。每顆衛星都裝有兩套，其中一套作為備份。

圖集

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  •  
    STEREO探測器堆放在佛羅里達州的Astrotech
    2006年8月11日
  •  
    用德爾塔2號火箭發射STEREO探測器
    2006年10月26日
  •  
    STEREO拍攝的第一批太陽照片之一
    2006年12月4日
  • 在STEREO-B紫外線成像相機校準期間拍攝到的太陽的月球凌日。月球看起來比從地球上看要小得多，因為航天器與月球的距離是地月距離的幾倍。
    2007年2月25日
  •  
    太陽的南極。在圖像的右下角可以看到從太陽噴發出來的物質。
    2007年3月
  •  
    由 STEREO拍攝的三維圖像
    2007年3月
  •  
    由STEREO拍攝的三維立體擺動（英語：Wiggle stereoscopy）圖像
    2007年3月
  •  
    STEREO-A HI1所看到的木星
    2008年11月23日
  •  
    幾乎是太陽的整個背面
    February 2, 2011
  •  
    Nearly the entire surface of the Sun, taken in extreme ultraviolet at 19.5 nm, with white lines showing solar coordinates (0° is directly towards Earth)
    February 10, 2011
  • STEREO衛星的一整天的太陽數據來自
    February 13–14, 2011
  • 在 STEREO 成立10周年之際，項目副科學家特里·庫切拉(Terry Kucera)概述了該任務的5大成功故事。

參見

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參考文獻

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  1. ^ NASA Launch Schedule NASA Missions 2006.09.20.
  2. ^ [NASA Spacecraft Make First 3-D Images of Sun. [2007-04-25]. （原始內容存檔於2021-01-25）.  NASA Spacecraft Make First 3-D Images of Sun]
  3. ^ 3.0 3.1 Kucera, Therese A. (編). STEREO-B Status Update. NASA/STEREO Science Center. 2018-10-23 [2019-02-26]. （原始內容存檔於2024-08-22）. 
  4. ^ Zell, Holly (編). First Ever STEREO Images of the Entire Sun. NASA. February 6, 2011 [February 8, 2011]. （原始內容存檔於January 20, 2019）. 
  5. ^ Sarah, Frazier. Saving STEREO-B: The 189-million-mile Road to Recovery. NASA. 2015-12-11 [2024-07-28]. （原始內容存檔於2023-02-05）. 
  6. ^ Fox, Karen C. NASA Reestablishes Contact with STEREO Mission. NASA. August 22, 2016 [August 22, 2016]. （原始內容存檔於2023-07-17）. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 What's New. STEREO Science Center. NASA. October 11, 2016. （原始內容存檔於October 23, 2016）. 
  8. ^ Geldzahler, Barry; et al. A Phased Array of Widely Separated Antennas for Space Communication and Planetary Radar (PDF). Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference. September 19–22, 2017. Wailea, Maui, Hawaii.: 13–14. 2017 [2024-07-28]. Bibcode:2017amos.confE..82G. （原始內容存檔 (PDF)於2024-07-28）. 
  9. ^ Mosher, Dave. NASA may have less than 2 minutes to rescue its long-lost spacecraft. Business Insider. August 23, 2016 [August 24, 2016]. （原始內容存檔於2023-10-14）. 
  10. ^ Sun bares all for twin space probes. CBC News. February 7, 2011 [February 8, 2011]. （原始內容存檔於2011-02-11）. 
  11. ^ Winter, Michael. Sun shines in twin probes' first 360-degree images. USA Today. 2011-02-07 [2011-02-08]. （原始內容存檔於2011-02-10）. 
  12. ^ Stereo satellites move either side of Sun. BBC News. 2011-02-06 [2011-02-08]. （原始內容存檔於2018-04-21）. 
  13. ^ STEREO turns its steady gaze on variable stars. Astronomy. Royal Astronomical Society. 2011-04-19 [2011-04-19]. （原始內容存檔於2018-03-14）. 

外部連結

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