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)

文章來源: NOWnews