題:
蓋亞為何圍繞地球軌道運行?為什麼不將其發送到海王星軌道呢?
Allure
2019-11-25 07:12:57 UTC
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Gaia是一種天文測量航天器,目前正在圍繞太陽地球L2拉格朗日點運行。問題:為什麼在這裡?為什麼不是太陽海王星L2拉格朗日點呢?通過使太陽繞更遠的軌道運行,它應該能夠獲得更準確的視差測量。

我能想到的唯一原因就是成本。我不熟悉估算太空探測器的成本的方法,但是維基百科說蓋亞的成本約為10億美元,這與航海家計劃的成本相當,後者也約為10億美元。當然,Gaia的樂器應該比Voyager的更為複雜,但是也有兩種Voyager探針,而不是一種。

我的問題非常相似,儘管還沒有很好的答案。 https://astronomy.stackexchange.com/questions/30285/is-there-an-optimum-orbit-for-a-hipparcos-gaia-like-parallax-observatory
遺憾的是,社區不能推翻接受答案的決定。
@Walter接受的答案有什麼問題?我認為這並不比羅伯·杰弗里斯(Rob Jeffries)的回答更糟糕-有所不同,但沒有更糟。
顯然,我們不同意最後一點。
您可能會發現這很有趣:[距離Proxima Centauri(Gaia VS New Horizo​​ns視差程序)的距離](https://astronomy.stackexchange.com/q/34994/7982)
五 答案:
AtmosphericPrisonEscape
2019-11-25 08:16:34 UTC
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好吧,您考慮的是視差測量的空間方面,而不是時間的方面。

Gaia的目的是測量3D位置和3D速度。對於距離,您需要準確的視差測量值,該測量值隨軌道周期而變化。
對於典型的蓋亞星,每年進行多次測量,在5年的時間後您將獲得5個視差值,然後平均。如果您將Gaia送往海王星(除了沒有人送過軌道飛行器,更不用說L2任務如此遙遠了)的時間為168年,那麼5年後您就會得到。

如果是海王星後面的L2,它根本無法實現其科學目標。同樣,這個星球上沒有人有將任何東西放入外部系統L2點的經驗。這不同於將其放入地球的L2,因為到達其中一個巨人附近的L2具有巨大且非常精確的 $ \ Delta v $ span>要求。這將是一次巨大的技術飛躍,太空中的事物將無法正常運作。在無論如何都不友好的環境中,需要採取微小的漸進技術步驟,以確保一切正常進行,並且不會浪費數百萬美元。
將其與蓋亞的前輩 Hipparcos衛星進行比較停在地球靜止軌道上。

現在您仍然可以說,為什麼無論如何也不要假設使用木星。好吧,軌道周期仍然是11年,木星的L2仍然遭受木星磁層提供的強烈輻射環境的影響。這將導致用於在天空中掃描的CCD迅速退化。

此外,海王星還可以從蓋亞(Gaia)的太陽能電池板中獲得電力,這很幸運。
這裡似乎有些困惑,視差測量必須結合來自軌道相對兩側的觀測結果。沒有。
@RobJeffries並非如此,但它可從巨大的軌道速度中受益。海王星移動速度變慢,就這麼簡單-您需要更長的時間才能獲得相同的視差。當然,這不是唯一的考慮因素-軌道的大小會影響您從測量中獲得的最大精度;從月球軌道測量視差會更快,但比等待整個地球月球系統到達其軌道的相反方向時的精度低。
@Luaan可能讀了我的答案。
@RobJeffries是的,您的答案是正確的,而且這個答案是錯誤的。我只是在談您的評論,而不是這個答案或您的答案。
沒錯,甚至沒有講完整個故事。
@Luaan:這哪裡出錯了?您想在天空上形成一個大弧,並且理想情況下,該弧必須為$ 2 \ pi $。僅跟踪整個橢圓的一小段弧,在確定視差時會出現大量擬合誤差。 Rob Jeffries的回答與我在那兒沒有任何矛盾。這不是軌道速度,而是您想要的平行橢圓的大小。弧線無濟於事。
@AtmosphericPrisonEscape您正在將兩件事聯繫在一起。更大的距離意味著更精確的測量。到達相同距離的時間更少,意味著您可以在更短的時間內獲得相同的精度。具有完整的橢圓和具有大致相同的曲率和距離的弧(相對於所觀察對象的平面投影)之間幾乎沒有什麼區別。
@Luaan:好吧,然後提醒我,如果我只有一個很小的橢圓弧來測量該角度,那麼我的視差角度是多少?沒有完整的弧線,我將沒有$ \ pi $來計算距離。
@AtmosphericPrisonEscape啊,我希望我們只是彼此誤會了,但顯然不是。實際上,您是否真的想說如果沒有橢圓的兩個相對端的測量,就不可能進行視差測量?當然,如果您知道橢圓的形狀,則可以計算整個橢圓的“期望”角度,而不管兩個測量值在哪裡-當然,投影點距離越遠,視差測量值越準確。
-1
@AtmosphericPrisonEscape您完全不需要橢圓形來測量視差角。您只需要兩個單獨的點。從點A到點B的大小無關緊要,無論它是完整的180度圓弧,圓弧的一小部分,一條直線還是在超空間中繞行。三角剖分已經在建築和工程中使用了多個世紀,我向您保證,這些工程師不會為了進入​​下一個測量點而走半圈。
@HiddenWindshield:這與是否可以完成無關,而在於它可以完成的精確程度。看到我以前的評​​論。
除了這裡的優點外,在海王星/ Sun L2點上進行探測還需要花費很多時間才能將數據傳回地球:天線的目標需要更精確,發射要強得多(和/或接收器要大得多)。靈敏度更高,同時仍能處理背景噪聲),還有更多的東西會阻礙從地球到探測器的視線(因此,探測器將需要更多的數據存儲來排隊報告,並且還需要更多健壯的重傳協議,再加上更多的數據,由於探針的硬件限制,存在丟失的風險。
附帶的問題是,如果要在外部系統中放置某些內容,為什麼要使用L2而不是Trojan點?
我不是專家,但是我的理解是,可以從橢圓的相反兩側進行多次測量,從而可以排除目標恆星和太陽的相對運動。
@jwdonahue確實可以。除非您的視差基線與適當的運動形成了很大的角度,否則很難將適當的運動與部分軌道區分開。
Rob Jeffries
2019-11-25 13:38:43 UTC
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我認為這與(a)軌道速度,(b)遙測和(c)功率有關。

要測量視差,您需要從不同位置測量恆星的位置在太陽系中。這些位置之間的距離越大,視差就越精確。

在Earth-Sun L2上,您在6個月內的差異約為2 au。即航天器的基準線以每年4 au的速度變化。在5年的任務中,您實際上可以獲得10個完整基線的樣本,這使您可以通過 $ \ sqrt {10} $ span>消除錯誤,相當於有效基準為6.3 au。同時,由於航天器已經執行了完整的軌道,因此所有天空都以相似的基線進行採樣(想像一下從遠處描繪出航天器軌道的直線-從任何方向觀察時,其長度都相似)

如果您計算出海王星上的衛星達到6.3 au(由圓形軌道的弦所定義)的基線所需的時間,則只需5.5年。

但是,這僅適用於天空的一部分-與航天器運動成直角的部分。因為航天器的運動基本上是直接向天空移動的,所以天空的大部分幾乎根本沒有任何基線。如果視差與衛星運動平行,那麼解決視差(恆星的相對切向速度)也將很困難。在Earth-Sun L2上,此問題消失了,因為每6個月視差運動會反向,但正確的運動卻不會。在海王星周圍,您將需要等待84年才能實現。

當然,您還將獲得航天器旅程開始(地球)和海王星之間的觀測基線,可能是30 au。但是,這不能解決全天候覆蓋的問題,也不能解決下面討論的問題。

其他問題很實際,我認為如果您向它們投入足夠的資金,它們可能會解決。

Gaia的遙測帶寬有限。目前,在將數據的子集發送回地球之前,需要進行大量的自主決策和處理。當您在30 au時,這些問題將變得更加困難多個數量級,而不是在距離僅150萬公里的Earth-Sun L2點。

Gaia還需要電力,並且使用太陽能電池板。海王星每單位面積的功率大約減少900倍,這意味著太陽能電池板或某種替代(核)電源的功率將增加900倍。

可以想像一個未來的任務,它將四個相同的航天器送出木星,然後利用木星的引力將它們放置在(盡可能)四面角(如甲烷中的鍵)四個方向的太陽逃逸軌跡上。隨著時間的推移,它們將在各個方向上提供一組穩定增長的基準。但是,這將比蓋亞(Gaia)更加昂貴且在技術上具有挑戰性,這並不容易。
@SteveLinton是的,這將是一種方法。
書寫清晰,清晰,並且仍然包含所有數字!道具。
值得指出的是,有人可能會提出一種替代電源(例如,EG熱核),類似於機器人漫遊者中使用的電源。因此,儘管距離適用於太陽能電池板,但與替代電源可能不一定相關。
@SSight3“或某些替代(核)電源”
eagle275
2019-11-25 16:08:51 UTC
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3個問題。

1)時間。如先前的回答所述,要利用海王星L2點太陽周圍更大的直徑,您需要等待168年以上的完整旋轉。

2)能量。太陽能電池板提供的能量要少得多,可能不足。

3)距離。來自海王星周圍探測器的數據平均要經過4小時10分鐘才能到達地球,這限制了您可以傳輸的數據速率,就像冥王星的新視野一樣。

很好,我忘記了數據速率問題,這對蓋亞來說已經非常關鍵了。具有較高數據速率和/或距離較遠的任務將對此造成嚴重麻煩。
不,您不必等待完整的輪換。與AtmosphericPrisonEscape的答案相同的錯誤。我已經回答了另外兩點。
@RobJefferies-當然,用於一種視差測量。但是對於整個天空,如您的答案中所暗示的那樣,最好是旋轉一周。
可以-不是全程旋轉-半程旋轉-但很難“推測”衛星相對於恆星的正確位置,從而最好地利用大軸...對於地球周圍的衛星而言,絕對容易的視角與地球望遠鏡的視角非常相似
我也不確定(3)是否正確。本質上,您是在說較大的延遲意味著較低的帶寬,這是錯誤的。數據仍然可以相同的速度流動。
@FedericoPoloni是的,不是延遲會限制帶寬。但是在該距離處信號強度會大大降低,這將限制帶寬。取決於您實際獲得答案的方式,但是可以肯定更清楚。
我不確定是否應該對此投票或不贊成。一方面,您認為距離意味著較低的數據速率是正確的,但另一方面,您卻錯了為什麼。
Tod R. Lauer
2020-02-08 06:13:36 UTC
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當然可以將類似Gaia的航天器送入深空,並始終沿其軌道採取視差措施。但是,由於多種原因,這沒有吸引力。簡而言之,較大的基線可能會使您僅獲得10倍的精度,而代價是要進行幾次昂貴的修改。這筆錢最好花在製造用於地球環境的功能更強大的望遠鏡上。一些問題:

  1. 深空任務需要RTG電源,仔細的熱控制等。太陽能要簡單得多,熱控制也要簡單得多。

  2. 遙測,數據傳輸,命令等隨著距離的增加而變得越來越困難,需要大天線天線,強大發射機,複雜的下行鏈路時間表等。甚至幾個AU與本地地球空間之間的平方距離比是巨大的。

  3. 將航天器注入軌跡是相當昂貴的。

  4. 什麼視差精度可用時的角度/時間輪廓非常各向異性。軌跡上的恆星仍會顯示小的視差。垂直於軌蹟的恆星的良好視差將在幾年後才可用。

  5. ol>
很好的答案,“ + 1”!從無線電通信切換到光通信可以在一定程度上解決帶寬問題,因為它可能還沒有準備好。 [這裡我估計](https://space.stackexchange.com/a/35709/12102)將50厘米望遠鏡放在旅行者號上可以將其帶寬提高1000倍,儘管對於GAIA來說這可能還遠遠不夠樣的航天器。
也可能感興趣:[是否有針對深空光中繼探路器的計劃或程序?](https://space.stackexchange.com/q/31923/12102)和[如何進行長距離光通信?在太空中?](https://space.stackexchange.com/q/15540/12102)
Paul Smith
2019-11-28 06:50:02 UTC
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很多有趣的答案。很多不必要的爭論。

1)海王星每84年掃出90億公里的視差,地球每6個月掃出3億公里的視差,因此,如果您想要最大視差,那麼海王星的視差範圍是30倍是。但是,海王星在相同的六個月內僅沖刷了5300萬公里,因此您可以獲得更好的效果,但是必須等六倍以上才能開始獲得它們。

2)地球L2點隨地球移動,因此 only 要求在150萬公里之外的正確位置使衛星的速度為零(相對於地球)。請記住,當您向遠離地球的方向發射東西時,一旦引擎停止燃燒,地球的重力就會開始降低它的速度,因此您所要做的就是在正確的位置用盡燃料。至少可以說這既困難又昂貴,但是可以,我們可以解決。海王星相距45億公里,視一年中的不同而定,為3億公里。好消息是,如果我們可以從那裡得到一顆衛星,那麼我們只需要一個穩定的軌道,就不需要在海王星的L2點處具有零速度(相對於海王星而言)。壞消息是我們不知道如何以我們能承受的價格將衛星放入海王星周圍的任何軌道。

您的第一點不是全部。在等待“六倍的時間”時,通過重複測量,Earth L2的視差精度提高了\\ sqrt {6} $。蓋亞就是這樣運作的。其次,等待時間長達6倍(例如30年)是不好的,因為您不會在整個天空中獲得準確的視差。
@RobJeffries-您閱讀了自己的答案嗎?正如您所描述的,通過在地球上重複進行測量所得到的改進使基線“有效”更長,而在海王星中被實際上更長的基線所代替。三年後,您將繪製出與地球相同的基線。 5年後,您將繪製出更長的基線,而不是重複測量可能帶來的改善; 168年後,您將繪製出整個天空的基線,其長度是地球的30倍,是“有效”基線的20倍重複測量有可能。
從我的回答中可以看到,在海王星上進行大約9年的任務,您將獲得與5年Gaia任務相同的精度,而不是您的回答所隱含的30年。您誤解了平均多個位置測量值如何提高視差精度。確實,隨著Gaia擴展其使命,(不斷減少的)改進將繼續。可能會漸近地達到某些最大精度,但是我們還沒有達到那個點。
@RobJeffries-我從未提及30年。我不知道你在和誰吵架,但我不認為是我。
那麼,“您將不得不再等六次”是什麼意思?最初的蓋亞任務為5年。
“地球每六個月席捲3億公里……海王星在同一六個月內僅席捲5300萬公里,所以……在開始獲取之前,您將需要等待[300/53]六倍的時間他們[他們=更長基線的結果]“更清晰嗎?
蓋亞(首次)經營5年。如果它從一個6個月2 au基準到精度為\\ Delta \ pi $的視差,則最終任務精度為$ \ Delta \ pi / \ sqrt {10} $,相當於6.3 au基準。在$ x $年(其中$ x <80 $年)中,Neptune給出的基線(假定圓形軌道上的弦長)為\\ sim 60 \ sin(0.019x)$ au。在Neptune軌道上獲得6.3 au的和弦基線僅需5.5年。還不到30年。蓋亞任務不會持續6個月。
再次有了30年?請重讀我實際寫的內容,但不說明您的想法。唯一提及數字三十的目的是指出海王星的軌道是地球的30倍。
然後再次。蓋亞任務為期5年。那麼,如果不是30年,“再延長六倍”是什麼意思?如果您只是想辯稱要花3個月的時間才能完成Gaia在6個月內的工作,那也是不正確的。
如果您閱讀了所寫的內容而不是整理內容,然後爭論它們是錯誤的,那確實會有所幫助。對於第三次也是最後一次,我沒有提及或提及三十年的時間。您是否接受地球在太空中移動的速度比海王星快?那海王星的軌道比地球還寬?如果是這樣,那麼您必須接受必須等待更長的時間才能在海王星上獲得與地球相同的結果,如果等待足夠長的時間,那麼您將獲得更好的結果,而地球可能會提供更好的結果。但是,這是我的回答中很重要的一點,海王星很難到達。


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