“夸父”升空與“羲和”共同逐日

　　中國(guó)初步建立綜合性太陽(yáng)觀(guān)測(cè)網(wǎng)

　　記者 張 曄

　　去年發(fā)射的“羲和號(hào)”可以稱(chēng)為我國(guó)探日工程的“探路者”，而“夸父一號(hào)”則是觀(guān)察太陽(yáng)的多面手，它可以從紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光和X射線(xiàn)波段等對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行觀(guān)測(cè)。我國(guó)發(fā)射的兩顆探日衛(wèi)星各有側(cè)重，將共同提升我國(guó)在世界太陽(yáng)物理研究領(lǐng)域的影響力。

　　10月9日上午，我國(guó)綜合性太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星“夸父一號(hào)”，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心搭乘長(zhǎng)征二號(hào)丁型運(yùn)載火箭發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功。

　　“夸父一號(hào)”的中文全稱(chēng)為先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)(ASO-S)。它是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)繼“悟空”“墨子號(hào)”“慧眼”“實(shí)踐十號(hào)”“太極一號(hào)”“懷柔一號(hào)”之后，研制發(fā)射的又一顆空間科學(xué)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)天基太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星的跨越式突破。

　　中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員、先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)首席科學(xué)家甘為群表示，“夸父一號(hào)”作為我國(guó)綜合性太陽(yáng)探測(cè)專(zhuān)用衛(wèi)星，將實(shí)現(xiàn)3個(gè)首次：國(guó)際上首次以“一磁兩暴”作為科學(xué)目標(biāo)并配置相應(yīng)的載荷組合；國(guó)際上首次在一顆衛(wèi)星平臺(tái)上對(duì)全日面矢量磁場(chǎng)、太陽(yáng)耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成以及日冕傳播同時(shí)進(jìn)行觀(guān)測(cè)；國(guó)際上首次在萊曼阿爾法波段實(shí)現(xiàn)全日面和日冕同時(shí)觀(guān)測(cè)。

　　去年我國(guó)發(fā)射了第一顆探日衛(wèi)星“羲和號(hào)”，此次“夸父一號(hào)”也順利升空。盡管“夸父”與“羲和”的觀(guān)測(cè)任務(wù)不盡相同，但它們或?qū)⒊蔀槲覈?guó)科學(xué)家“追日”的最強(qiáng)搭檔。

　　主要任務(wù)是觀(guān)測(cè)“一磁兩暴”

　　太陽(yáng)是距離地球最近的恒星，人類(lèi)對(duì)這顆耀眼的“火球”充滿(mǎn)了好奇。

　　“從研究自然規(guī)律、自然科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)是一個(gè)非常好的天然物理‘實(shí)驗(yàn)室’，除了太陽(yáng)內(nèi)部的物理過(guò)程外，太陽(yáng)的表面、大氣、磁場(chǎng)、結(jié)構(gòu)、波動(dòng)、全波段輻射、等離子體、流體規(guī)律等都值得觀(guān)測(cè)研究。”甘為群說(shuō)。

　　關(guān)于太陽(yáng)，普通人最為關(guān)心的問(wèn)題總是繞不開(kāi)太陽(yáng)會(huì)對(duì)地球造成的影響。

　　2003年萬(wàn)圣節(jié)期間，太陽(yáng)暴發(fā)了一次強(qiáng)磁暴，使歐美的一系列科學(xué)衛(wèi)星都遭受了不同程度的損害，導(dǎo)致全球衛(wèi)星通信受到干擾，全球定位系統(tǒng)受到影響，定位精度出現(xiàn)了偏差，致使地面和空間一些需要即時(shí)通信和定位的系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度的癱瘓。

　　究其原因，就是太陽(yáng)發(fā)射出大量帶電高能粒子，對(duì)地球電磁環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。

　　“太陽(yáng)表面看起來(lái)很平靜，其實(shí)很活躍。原因在于太陽(yáng)有磁場(chǎng)，而且磁場(chǎng)超級(jí)亂。當(dāng)磁場(chǎng)在太陽(yáng)表面聚集，就會(huì)形成太陽(yáng)黑子。太陽(yáng)黑子容易引起日珥、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等太陽(yáng)暴發(fā)現(xiàn)象。”甘為群介紹，太陽(yáng)一發(fā)威，就會(huì)對(duì)地球造成不小的影響。不僅身在太空的航天員會(huì)面臨危險(xiǎn)，還會(huì)造成地球電力系統(tǒng)損壞、通信系統(tǒng)癱瘓……

　　太陽(yáng)活動(dòng)11年為一周期，根據(jù)推算，2024—2025年是太陽(yáng)活動(dòng)第25周峰年。甘為群表示，“夸父一號(hào)”將以太陽(yáng)活動(dòng)第25周峰年為契機(jī)，詳細(xì)記錄這期間的“太陽(yáng)風(fēng)暴”。簡(jiǎn)言之，它的主要科學(xué)目標(biāo)就是4個(gè)字：“一磁兩暴”。所謂“一磁”就是太陽(yáng)的磁場(chǎng)，“兩暴”就是太陽(yáng)上兩類(lèi)最劇烈的暴發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

　　“觀(guān)測(cè)和研究太陽(yáng)磁場(chǎng)、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的形成，以及它們的關(guān)聯(lián)和相互作用，可以及時(shí)預(yù)報(bào)太陽(yáng)暴發(fā)對(duì)人類(lèi)的影響，為空間天氣預(yù)警提供支持。”甘為群解釋。

　　據(jù)計(jì)算，一旦太陽(yáng)發(fā)生日冕物質(zhì)拋射等現(xiàn)象，科學(xué)家可以在它影響地球的至少40個(gè)小時(shí)前得到信息，從而及時(shí)做出防護(hù)，避免可能造成的損失。

　　“夸父”與“羲和”各有千秋

　　近年來(lái)，太陽(yáng)物理研究這個(gè)領(lǐng)域非常熱，我國(guó)去年發(fā)射了“羲和”，現(xiàn)在又有“夸父”，這兩顆探日衛(wèi)星的區(qū)別在哪里？

　　據(jù)悉，去年10月份發(fā)射的“羲和號(hào)”衛(wèi)星全稱(chēng)為太陽(yáng)Hα光譜探測(cè)與雙超平臺(tái)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，主要是從技術(shù)上驗(yàn)證衛(wèi)星“雙超”平臺(tái)，就是利用高精度指向和指向穩(wěn)定度這兩個(gè)指標(biāo)開(kāi)展試驗(yàn)。

　　Hα波段地面望遠(yuǎn)鏡也可以觀(guān)測(cè)，但是在太空進(jìn)行觀(guān)測(cè)更有利，“羲和號(hào)”上搭載的望遠(yuǎn)鏡可以連續(xù)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，還克服地球大氣抖動(dòng)等帶來(lái)的一系列問(wèn)題，能在短時(shí)間內(nèi)光譜掃描全日面，在掃描的波長(zhǎng)范圍里可以對(duì)每一個(gè)光譜點(diǎn)進(jìn)行成像，其科學(xué)目標(biāo)是太陽(yáng)色球動(dòng)力學(xué)。

　　“而‘夸父一號(hào)’是專(zhuān)門(mén)為觀(guān)測(cè)太陽(yáng)而提出的，完全以科學(xué)目標(biāo)為牽引的空間科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃，所以‘夸父’被歸類(lèi)為空間科學(xué)衛(wèi)星，它在科學(xué)目標(biāo)、觀(guān)測(cè)對(duì)象、觀(guān)測(cè)波段等方面與‘羲和’完全不同。”甘為群說(shuō)。

　　科技日?qǐng)?bào)記者了解到，“夸父一號(hào)”攜帶了3臺(tái)儀器載荷，分別是專(zhuān)門(mén)觀(guān)測(cè)太陽(yáng)磁場(chǎng)的全日面矢量磁像儀，專(zhuān)門(mén)觀(guān)測(cè)太陽(yáng)耀斑的太陽(yáng)硬X射線(xiàn)成像儀，專(zhuān)門(mén)觀(guān)測(cè)日冕物質(zhì)拋射的萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡也幫助“夸父一號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)萊曼阿爾法波段全日面和近日冕同時(shí)觀(guān)測(cè)。

　　這3臺(tái)儀器各有自己的“獨(dú)門(mén)武功”。全日面矢量磁像儀是我國(guó)第一臺(tái)空間太陽(yáng)磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備，其時(shí)間分辨率相對(duì)較高，可實(shí)現(xiàn)全日面光球矢量磁場(chǎng)的持續(xù)觀(guān)測(cè)，與國(guó)際同類(lèi)載荷相比具有更高的磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度和時(shí)間分辨率。

　　硬X射線(xiàn)成像儀用于對(duì)太陽(yáng)耀斑非熱輻射探測(cè)，比國(guó)際同類(lèi)儀器探頭數(shù)目要多，有99個(gè)探測(cè)器，能實(shí)現(xiàn)高分辨成像，還有大動(dòng)態(tài)范圍高速電子學(xué)讀出技術(shù)，確保了“夸父一號(hào)”對(duì)高級(jí)別耀斑暴發(fā)的探測(cè)能力。

　　萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡是我國(guó)第一臺(tái)空間萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)從日冕到內(nèi)日冕的無(wú)縫觀(guān)測(cè)，還具備自動(dòng)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)耀斑暴發(fā)的能力，并且其觀(guān)測(cè)模式能夠自主轉(zhuǎn)換。同時(shí)，萊曼阿爾法譜線(xiàn)本身也是一個(gè)新的觀(guān)測(cè)波段窗口。

　　將在距離地面720千米的太陽(yáng)同步軌道上至少服役4年的“夸父一號(hào)”，可以稱(chēng)得上是“工作狂”，在全年的絕大部分時(shí)間內(nèi)，可以24小時(shí)不間斷對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行觀(guān)測(cè)。僅僅在每年5月至8月，每天會(huì)有短暫的時(shí)間進(jìn)入地球陰影，“休息”最長(zhǎng)的一天也不超過(guò)18分鐘。它每天將產(chǎn)生大約500吉字節(jié)的數(shù)據(jù)量，通過(guò)地面支撐系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的處理后向全球開(kāi)放，數(shù)據(jù)共享。

　　因此，我國(guó)發(fā)射的兩顆探日衛(wèi)星各有側(cè)重，將共同提升我國(guó)在世界太陽(yáng)物理研究領(lǐng)域的影響力。

　　可探測(cè)太陽(yáng)大氣各層次

　　20世紀(jì)60年代以來(lái)，世界各國(guó)已經(jīng)先后發(fā)射了數(shù)十顆太陽(yáng)探測(cè)相關(guān)衛(wèi)星進(jìn)入太空。

　　在這場(chǎng)“群雄逐日”的國(guó)際太陽(yáng)探測(cè)熱潮中，我國(guó)在太陽(yáng)物理學(xué)上的研究并未缺席。甘為群介紹，我國(guó)對(duì)于太陽(yáng)物理的研究在國(guó)際上的地位很高，2010年中國(guó)在太陽(yáng)物理領(lǐng)域發(fā)表論文的總量已位居世界第二。

　　去年發(fā)射的“羲和號(hào)”可以稱(chēng)為我國(guó)探日工程的“探路者”，而“夸父一號(hào)”則是觀(guān)察太陽(yáng)的多面手，它可以從紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光和X射線(xiàn)波段等對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行觀(guān)測(cè)。

　　“從去年開(kāi)始，可以說(shuō)我國(guó)正式進(jìn)入了空間探日時(shí)代。”北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授、中國(guó)科學(xué)院太陽(yáng)活動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任田暉介紹說(shuō)，除了上述兩顆衛(wèi)星外，去年夏天發(fā)射的氣象衛(wèi)星風(fēng)云三號(hào)E星上搭載了一臺(tái)太陽(yáng)X射線(xiàn)—極紫外成像儀，首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)空間日冕探測(cè)；今年夏天發(fā)射的中國(guó)科學(xué)院空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星上搭載的46.5納米極紫外太陽(yáng)成像儀首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)對(duì)太陽(yáng)過(guò)渡區(qū)的探測(cè)。

　　田暉表示，我國(guó)已實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)大氣各個(gè)層次的探測(cè)。配合地面望遠(yuǎn)鏡在可見(jiàn)光、紅外和射電波段的探測(cè)，我國(guó)已初步建立綜合性的太陽(yáng)觀(guān)測(cè)網(wǎng)。(科技日?qǐng)?bào))