[论文解读] Three years of Ulysses dust data: 1993 to 1995

Harald Krüger, E. Grün+19 more|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 1998

Astro and Planetary Science参考文献 29被引用 4

一句话总结

本文对1993年至1995年期间尤利西斯号探测器的尘埃探测器所检测到的509次尘埃粒子撞击进行了全面分析，覆盖日心距离1.3 AU至5.4 AU以及高达79°的轨道倾角。研究确认了稳定的星际尘埃通量，约为每天0.4次撞击，识别出两种不同的行星际尘埃群体——靠近黄道面的微米级颗粒和高纬度区域的亚微米级颗粒，并与理论模型良好吻合，验证了星际尘埃通量模型。

ABSTRACT

The Ulysses spacecraft is orbiting the Sun on a highly inclined ellipse ($i = 79^{\circ}$). After its Jupiter flyby in 1992 at a heliocentric distance of 5.4 AU, the spacecraft reapproached the inner solar system, flew over the Sun's south polar region in September 1994, crossed the ecliptic plane at a distance of 1.3 AU in March 1995, and flew over the Sun's north polar region in July 1995. We report on dust impact data obtained with the dust detector onboard Ulysses between January 1993 and December 1995. We publish and analyse the complete data set of 509 recorded impacts of dust particles with masses between $10^{-16}$ g to $10^{-7}$ g. Together with 968 dust impacts from launch until the end of 1992 published earlier (Grün et al., 1995, {\em Planet. Space Sci}, Vol. 43, p. 971-999), information about 1477 particles detected with the Ulysses sensor between October 1990 and December 1995 is now available. The impact rate measured between 1993 and 1995 stayed relatively constant at about 0.4 impacts per day and varied by less than a factor of ten. Most of the impacts recorded outside about 3.5 AU are compatible with particles of interstellar origin. Two populations of interplanetary particles have been recognised: big micrometer-sized particles close to the ecliptic plane and small sub-micrometer-sized particles at high ecliptic latitudes. The observed impact rate is compared with a model for the flux of interstellar dust particles which gives relatively good agreement with the observed impact rate. No change in the instrument's noise characteristics or degradation of the channeltron could be revealed during the three-year period.

研究动机与目标

• 分析尤利西斯号尘埃探测器从1993年1月至1995年12月期间收集的完整尘埃撞击数据。
• 确定内太阳系中行星际与星际尘埃粒子的空间与时间分布。
• 评估尘埃探测器在三年内的性能一致性，排除仪器退化或噪声变化的可能性。
• 将观测到的尘埃撞击率与星际尘埃通量的理论模型进行比较。

提出的方法

• 尤利西斯号探测器的尘埃探测器记录了质量介于10⁻¹⁶ g至10⁻⁷ g之间的尘埃粒子撞击，其轨道具有高倾角。
• 将1993–1995年期间的509次撞击数据与1990–1992年间的968次早期撞击数据合并，形成总计1477次检测结果。
• 通过分析撞击率随日心距离和黄道纬度的变化，区分行星际与星际尘埃群体。
• 应用星际尘埃通量模型，并与观测到的撞击率进行比较，以验证星际尘埃的探测结果。
• 通过监测噪声特性及通道电子倍增器的退化情况，评估仪器稳定性。
• 使用旋转包（rotating packages）和LaTeX 2e进行数据处理，以实现出版质量的格式化与分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 1993年至1995年期间，尤利西斯号探测器检测到的尘埃粒子撞击在时间和空间上的分布如何？
• RQ2 观测到的尘埃撞击是否与星际尘埃通量一致？其随日心距离和黄道纬度的变化特征如何？
• RQ3 观测到的撞击率能否由现有的星际尘埃通量理论模型解释？
• RQ4 是否存在两种不同的行星际尘埃粒子群体，如其尺寸与分布所示？
• RQ5 在为期三年的观测期内，尘埃探测器的性能是否出现显著退化或变化？

主要发现

• 1993年至1995年间，尘埃撞击率保持相对稳定，约为每天0.4次，波动幅度小于十倍。
• 在日心距离超过3.5 AU的区域记录到的大多数尘埃撞击均与星际尘埃粒子一致。
• 识别出两种不同的行星际尘埃群体：靠近黄道面的较大微米级颗粒和高黄道纬度区域的较小亚微米级颗粒。
• 观测到的星际尘埃撞击率与星际尘埃通量的理论模型具有良好一致性。
• 在三年期间未检测到仪器噪声或通道电子倍增器显著变化。
• 1990–1995年期间的1477次尘埃撞击综合数据集，为研究内太阳系尘埃的动力学与起源提供了坚实的统计基础。