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。
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。
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。
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。如果視差和與衛星運動平行,那麼解決視差和(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。
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。
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:
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。
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。
將航天器注入軌跡是相當昂貴的。
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。
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。