圖為“羲和號(hào)”效果圖。（中國(guó)航天科技集團(tuán)八院供圖，制圖：蔡華偉）

日前，我國(guó)公布首顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”的科學(xué)探測(cè)和衛(wèi)星技術(shù)成果。從“羲和號(hào)”上“看”太陽(yáng)，觀測(cè)到了什么？這些科學(xué)探測(cè)成果，對(duì)于人類認(rèn)識(shí)太陽(yáng)有哪些新貢獻(xiàn)？后續(xù)太陽(yáng)探測(cè)活動(dòng)，還將如何開展？

相當(dāng)于給太陽(yáng)低層大氣做CT掃描

“羲和號(hào)”于2021年10月14日發(fā)射升空，運(yùn)行于平均高度為517公里的太陽(yáng)同步軌道。作為首位太陽(yáng)專屬“攝影師”，“羲和號(hào)”的發(fā)射，意味著我國(guó)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)空間探測(cè)“零的突破”。

“在科學(xué)探測(cè)方面，‘羲和號(hào)’發(fā)射后成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)首次，即國(guó)際首次獲得空間太陽(yáng)Hα（氫阿爾法）波段光譜掃描成像以及國(guó)際首次在軌獲取太陽(yáng)Hα譜線、中性硅原子（Si Ⅰ）譜線和中性鐵原子（Fe Ⅰ）譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)?！眹?guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師兼副總指揮、國(guó)家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心主任趙堅(jiān)介紹。

“羲和號(hào)”衛(wèi)星首席科學(xué)家、南京大學(xué)教授丁明德告訴記者，Hα譜線是太陽(yáng)活動(dòng)在太陽(yáng)低層大氣中響應(yīng)最強(qiáng)的譜線。對(duì)這條譜線開展探測(cè)，就可以同時(shí)獲得光球?qū)雍蜕驅(qū)拥幕顒?dòng)信息，大大提高了我們對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)物理機(jī)制的認(rèn)知。

“以前對(duì)于Hα譜線的探測(cè)只能在地球上進(jìn)行，受到大氣干擾，探測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)常不連續(xù)不穩(wěn)定?！壁w堅(jiān)介紹，“羲和號(hào)”的主要科學(xué)載荷為太陽(yáng)Hα成像光譜儀，通過光譜掃描成像，分辨率達(dá)到了0.0024納米，比地面濾光器的分辨率提高了約10倍，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。每張光譜掃描圖像實(shí)際上都包含了300多張照片，分別對(duì)應(yīng)了光球?qū)雍蜕驅(qū)硬煌叨忍幍奶?yáng)圖像，因此相當(dāng)于給太陽(yáng)低層大氣做CT掃描。而每一張“CT圖”上，又反映了日面上近1600萬個(gè)點(diǎn)的信息。

除了太陽(yáng)Hα譜線，“羲和號(hào)”還同時(shí)獲得了中性硅原子譜線和中性鐵原子譜線。尤其是中性硅原子譜線，以往在地面觀測(cè)時(shí)被地球大氣的水分子譜線掩蓋，“羲和號(hào)”在空間直接觀測(cè)到了中性硅原子完整的譜線輪廓，這是國(guó)際上的第一次。通過三條譜線的研究，結(jié)合“羲和號(hào)”獲得的全日面色球和光球的多普勒速度圖，可以反演計(jì)算出太陽(yáng)大氣的溫度、密度、速度，從而幫助我們深入研究太陽(yáng)的大氣結(jié)構(gòu)，了解太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的觸發(fā)原因和傳播過程，更好地開展空間天氣預(yù)報(bào)，保障人類生命安全。

專家表示，“羲和號(hào)”衛(wèi)星在軌開展的相關(guān)試驗(yàn)，是國(guó)際上第一次在太空進(jìn)行Hα譜線研究，目前已經(jīng)獲得了2項(xiàng)太陽(yáng)探測(cè)國(guó)際科學(xué)成果，顯著提高了我國(guó)在太陽(yáng)物理領(lǐng)域的國(guó)際影響力。

非接觸式磁浮衛(wèi)星平臺(tái)讓拍照更準(zhǔn)、更穩(wěn)

“羲和號(hào)”在新型衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)方面也實(shí)現(xiàn)了多個(gè)首次，如國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)了主從協(xié)同非接觸“雙超”（超高指向精度、超高穩(wěn)定度）衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)在軌性能驗(yàn)證及工程應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)了國(guó)際首臺(tái)太陽(yáng)空間Hα成像光譜儀在軌應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)了國(guó)際首臺(tái)原子鑒頻太陽(yáng)測(cè)速導(dǎo)航儀在軌驗(yàn)證等。

“羲和號(hào)”衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮、中國(guó)航天科技集團(tuán)八院科技委常委陳建新表示，要在相距太陽(yáng)1.5億公里遠(yuǎn)的地球附近對(duì)太陽(yáng)“明察秋毫”，就對(duì)相機(jī)的指向精度和穩(wěn)定度提出了更高的要求?！棒撕吞?hào)”衛(wèi)星在國(guó)際首次采用基于“動(dòng)靜隔離、主從協(xié)同”理念的非接觸式磁浮衛(wèi)星平臺(tái)，就像給相機(jī)裝上了高精尖的“云臺(tái)”，讓相機(jī)對(duì)得準(zhǔn)、拍得穩(wěn)。

“在太空中，衛(wèi)星載荷哪怕一次微小震動(dòng)，都會(huì)讓成像效果差之毫厘、謬以千里。”陳建新介紹，“雙超”衛(wèi)星平臺(tái)采用磁浮控制技術(shù)，將平臺(tái)與載荷的物理接觸徹底隔絕，確保載荷成像不受平臺(tái)擾動(dòng)的影響，將我國(guó)衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)控制水平提升了1至2個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

此外，“羲和號(hào)”還在軌驗(yàn)證了艙間無線能源傳輸、激光通信、無線通信等多項(xiàng)衛(wèi)星平臺(tái)新技術(shù)。

趙堅(jiān)表示，隨著我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)地觀測(cè)、空間科學(xué)探測(cè)等各類航天任務(wù)對(duì)高性能衛(wèi)星平臺(tái)的需求越來越迫切，尤其亟須發(fā)展具有超高指向精度、超高穩(wěn)定度指標(biāo)的衛(wèi)星平臺(tái)。“‘羲和號(hào)’高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)在軌試驗(yàn)，是世界上首次將磁浮技術(shù)在航天器上進(jìn)行工程應(yīng)用，大幅提升了我國(guó)空間觀測(cè)技術(shù)水平?！?/p>

據(jù)介紹，未來“雙超”平臺(tái)技術(shù)將在高分辨率遙感、太陽(yáng)立體探測(cè)、系外行星發(fā)現(xiàn)等新一代航天任務(wù)中得到推廣應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)空間技術(shù)的跨越式發(fā)展。

觀測(cè)到近百個(gè)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)，數(shù)據(jù)向全球開放共享

目前，“羲和號(hào)”每天都在按照既定計(jì)劃開展科學(xué)觀測(cè)，已經(jīng)觀測(cè)到了近百個(gè)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)，相關(guān)研究工作正在開展。

趙堅(jiān)介紹，我國(guó)在太陽(yáng)觀測(cè)領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量已居世界第二位，但之前使用的數(shù)據(jù)均來自國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)?！棒撕吞?hào)”發(fā)射成功后，國(guó)家航天局牽頭成立了衛(wèi)星數(shù)據(jù)科學(xué)委員會(huì)，制定了數(shù)據(jù)政策，供國(guó)內(nèi)外科學(xué)家研究、使用、共享衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)，力爭(zhēng)產(chǎn)生更多的原創(chuàng)性科學(xué)成果，為人類科學(xué)事業(yè)作出中國(guó)貢獻(xiàn)。目前，“羲和號(hào)”的科學(xué)數(shù)據(jù)已向全球開放共享。

“太陽(yáng)爆發(fā)產(chǎn)生大量帶電高能粒子，對(duì)地球電磁環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，其中尤以耀斑和日冕物質(zhì)拋射對(duì)地球電磁環(huán)境影響最為顯著。這些太陽(yáng)活動(dòng)干擾通信和導(dǎo)航、威脅航天員的健康，甚至毀壞航天器，對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)的觀測(cè)和研究不僅具有重要的科學(xué)意義，更具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。”趙堅(jiān)表示，太陽(yáng)活動(dòng)周期約11年，當(dāng)前正處于第二十五個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期，全世界又進(jìn)入太陽(yáng)研究新的高峰期。我國(guó)作為航天大國(guó)，及時(shí)開展太陽(yáng)探測(cè)活動(dòng)十分必要。

自20世紀(jì)60年代以來，全世界已發(fā)射了70多顆太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星，聚焦于太陽(yáng)黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的觀測(cè)研究。未來5年，國(guó)外至少將發(fā)射5顆太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星。

據(jù)介紹，今年我國(guó)還將發(fā)射先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星，以“一磁兩暴”為科學(xué)目標(biāo)，對(duì)太陽(yáng)耀斑、日冕物質(zhì)拋射和全日面矢量磁場(chǎng)開展觀測(cè)，為預(yù)報(bào)嚴(yán)重影響人類正常生活的空間災(zāi)害性天氣提供支持。

此外，我國(guó)正在論證后續(xù)太陽(yáng)探測(cè)發(fā)展計(jì)劃，科學(xué)家們希望按照在黃道面內(nèi)多視角探測(cè)、大傾角太陽(yáng)極區(qū)探測(cè)和太陽(yáng)抵近觀測(cè)“三步走”實(shí)施，由易到難，逐步深入，進(jìn)一步了解太陽(yáng)的構(gòu)造，確定太陽(yáng)活動(dòng)的三維結(jié)構(gòu)，掌握機(jī)理和活動(dòng)規(guī)律，為人類科學(xué)事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)中國(guó)力量。（記者馮華）

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