去年發(fā)射的“羲和號(hào)”可以稱為我國探日工程的“探路者”，而“夸父一號(hào)”則是觀察太陽的多面手，它可以從紫外線、可見光和X射線波段等對(duì)太陽進(jìn)行觀測。我國發(fā)射的兩顆探日衛(wèi)星各有側(cè)重，將共同提升我國在世界太陽物理研究領(lǐng)域的影響力。

10月9日上午，我國綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號(hào)”，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心搭乘長征二號(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)取得圓滿成功。

“夸父一號(hào)”的中文全稱為先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)(ASO-S)。它是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(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)了我國天基太陽探測衛(wèi)星的跨越式突破。

中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員、先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)首席科學(xué)家甘為群表示，“夸父一號(hào)”作為我國綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，將實(shí)現(xiàn)3個(gè)首次：國際上首次以“一磁兩暴”作為科學(xué)目標(biāo)并配置相應(yīng)的載荷組合；國際上首次在一顆衛(wèi)星平臺(tái)上對(duì)全日面矢量磁場、太陽耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成以及日冕傳播同時(shí)進(jìn)行觀測；國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)觀測。

去年我國發(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”的觀測任務(wù)不盡相同，但它們或?qū)⒊蔀槲覈茖W(xué)家“追日”的最強(qiáng)搭檔。

主要任務(wù)是觀測“一磁兩暴”

太陽是距離地球最近的恒星，人類對(duì)這顆耀眼的“火球”充滿了好奇。

“從研究自然規(guī)律、自然科學(xué)的角度來說，太陽是一個(gè)非常好的天然物理‘實(shí)驗(yàn)室’，除了太陽內(nèi)部的物理過程外，太陽的表面、大氣、磁場、結(jié)構(gòu)、波動(dòng)、全波段輻射、等離子體、流體規(guī)律等都值得觀測研究?！备蕿槿赫f。

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

2003年萬圣節(jié)期間，太陽暴發(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。

“太陽表面看起來很平靜，其實(shí)很活躍。原因在于太陽有磁場，而且磁場超級(jí)亂。當(dāng)磁場在太陽表面聚集，就會(huì)形成太陽黑子。太陽黑子容易引起日珥、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等太陽暴發(fā)現(xiàn)象。”甘為群介紹，太陽一發(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……

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

“觀測和研究太陽磁場、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)太陽暴發(fā)對(duì)人類的影響，為空間天氣預(yù)警提供支持?！备蕿槿航忉尅?

據(jù)計(jì)算，一旦太陽發(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，太陽物理研究這個(gè)領(lǐng)域非常熱，我國去年發(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)星全稱為太陽Hα光譜探測與雙超平臺(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)開展試驗(yàn)。

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

“而‘夸父一號(hào)’是專門為觀測太陽而提出的，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’被歸類為空間科學(xué)衛(wèi)星，它在科學(xué)目標(biāo)、觀測對(duì)象、觀測波段等方面與‘羲和’完全不同?！备蕿槿赫f。

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，分別是專門觀測太陽磁場的全日面矢量磁像儀，專門觀測太陽耀斑的太陽硬X射線成像儀，專門觀測日冕物質(zhì)拋射的萊曼阿爾法太陽望遠(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)觀測。

這3臺(tái)儀器各有自己的“獨(dú)門武功”。全日面矢量磁像儀是我國第一臺(tái)空間太陽磁場測量設(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的持續(xù)觀測，與國際同類載荷相比具有更高的磁場測量靈敏度和時(shí)間分辨率。

硬X射線成像儀用于對(duì)太陽耀斑非熱輻射探測，比國際同類儀器探頭數(shù)目要多，有99個(gè)探測器，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)的探測能力。

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

將在距離地面720千米的太陽同步軌道上至少服役4年的“夸父一號(hào)”，可以稱得上是“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)太陽進(jìn)行觀測。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”最長的一天也不超過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)的處理后向全球開放，數(shù)據(jù)共享。

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

可探測太陽大氣各層次

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

在這場“群雄逐日”的國際太陽探測熱潮中，我國在太陽物理學(xué)上的研究并未缺席。甘為群介紹，我國對(duì)于太陽物理的研究在國際上的地位很高，2010年中國在太陽物理領(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)”可以稱為我國探日工程的“探路者”，而“夸父一號(hào)”則是觀察太陽的多面手，它可以從紫外線、可見光和X射線波段等對(duì)太陽進(jìn)行觀測。

“從去年開始，可以說我國正式進(jìn)入了空間探日時(shí)代?！北本┐髮W(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授、中國科學(xué)院太陽活動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任田暉介紹說，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X射線—極紫外成像儀，首次實(shí)現(xiàn)了我國空間日冕探測；今年夏天發(fā)射的中國科學(xué)院空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星上搭載的46.5納米極紫外太陽成像儀首次實(shí)現(xiàn)了我國對(duì)太陽過渡區(qū)的探測。

田暉表示，我國已實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽大氣各個(gè)層次的探測。配合地面望遠(yuǎn)鏡在可見光、紅外和射電波段的探測，我國已初步建立綜合性的太陽觀測網(wǎng)。

（記者 張曄）