這就是中國優(yōu)勢 | 科技優(yōu)勢（六）羲和逐日：國際首次在軌獲得太陽Hα譜線

【導(dǎo)語】“可上九天攬月，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還?！边@是一種豪情與詩意，也是當(dāng)今中國正創(chuàng)造的奇跡。中國人對未知的好奇、對探索的渴望、對困境的思考以及對美好未來的期待，推開了一扇扇嶄新世界的大門：空間探測、生物醫(yī)藥、人工智能、量子科學(xué)……中國科技創(chuàng)新的步伐從未停止。正如習(xí)近平總書記所說，一切偉大成就都是持續(xù)奮斗的結(jié)果，一切偉大事業(yè)都需要在繼往開來中推進。新時代必將是大有可為的時代。

太陽讓地球萬物得以生長，也影響著人類的生存和未來。2021年至2022年是人類有記錄以來第25個太陽活動周期的開始，全世界又進入太陽研究新的高峰期。伴隨著第一顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”成功發(fā)射，中國由此正式開始了空間探日時代。

2021年10月14日18時51分，搭載著中國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”的長征二號丁火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。（圖源：人民日報）

中國首顆探日衛(wèi)星上天了

人類觀測太陽的活動具有漫長的歷史，但是長期以來都是在地球上對太陽展開觀測研究，直到上個世紀中葉人類才走向天基探測太陽的步伐。從世界范圍來看，自上世紀60年代以來，全世界已發(fā)射了70多顆太陽觀測衛(wèi)星，聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的觀測研究。

為何要去探測遙遠的太陽？除了眾所周知的光照外，太陽的異?；顒油瑯訒_擊現(xiàn)代生活。太陽距離地球平均達1.5億公里，一旦太陽發(fā)生異?；顒?，耀斑和日冕物質(zhì)拋射產(chǎn)生的磁云會裹挾著大量帶電高能粒子，直奔地球而來，與現(xiàn)代生活息息相關(guān)的電磁環(huán)境將受到嚴重破壞，因此持續(xù)地對太陽活動進行監(jiān)測是非常有必要。

例如2003年萬圣節(jié)期間就有類似事件發(fā)生，不僅多顆科學(xué)衛(wèi)星遭受不同程度損害，全球衛(wèi)星通信受到干擾，GPS定位也大受影響，從太空到地面，各種需要即時通信和定位的交通系統(tǒng)都不同程度癱瘓。這次太陽風(fēng)暴事件被稱為“萬圣節(jié)風(fēng)暴”。因此持續(xù)地對太陽活動進行監(jiān)測是非常有必要的。

2003年“萬圣節(jié)風(fēng)暴”期間，美國得克薩斯拍攝到的景象。（圖源：NASA）

中國第一顆太陽觀測衛(wèi)星定名為“羲和號”，取名靈感自中國上古神話中的太陽女神與制定時歷的女神羲和，取義“效法羲和馭天馬，志在長空牧群星”，象征中國對太陽探索的緣起與開拓。

“羲和號”從2019年6月正式立項，到2021年10月發(fā)射升空，僅僅用了兩年就完成了研制攻關(guān)。衛(wèi)星在軌運行期間，將觀測太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射的光球及色球表現(xiàn)，探究太陽爆發(fā)的源區(qū)動態(tài)特性和觸發(fā)機制，同時探測太陽暗條形成和演化過程的色球表現(xiàn)，揭示其與太陽爆發(fā)的內(nèi)在聯(lián)系，還將獲取全日面Hα波段多普勒速度分布，研究太陽低層大氣動力學(xué)過程，為解決“太陽爆發(fā)由里及表能量傳輸全過程物理模型”等科學(xué)問題提供重要支撐。

作為中國派去觀測太陽的第一位使者，“羲和號”一出手就不凡，在國際上首次實現(xiàn)太陽Hα波段光譜成像的空間探測，填補了太陽爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的空白，提高中國在太陽物理領(lǐng)域研究能力，對中國空間科學(xué)探測及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展都具有重要意義。

羲和號開創(chuàng)了多個首次

“羲和號”全稱為太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星，主要科學(xué)載荷為太陽空間望遠鏡。據(jù)了解，“羲和號”整星重量約508公斤，設(shè)計壽命3年，運行于517公里高度、傾角98度的太陽同步軌道，該軌道將經(jīng)過地球的南北極，能夠24小時連續(xù)對太陽進行觀測。有人形象地把“羲和號”比喻成像是地球的一只眼睛，時刻觀測著太陽的一舉一動。從科學(xué)觀測到技術(shù)試驗，“羲和號”開創(chuàng)了許多國際首次。

中國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”（圖源：國家航天總局）

國際首次在太空進行Hα譜線研究

“羲和號”主要科學(xué)載荷是Hα成像光譜儀，Hα是研究太陽活動在光球和色球響應(yīng)時最好的譜線之一，通過對該譜線的數(shù)據(jù)分析，可獲得太陽爆發(fā)時的大氣溫度、速度等物理量的變化，有助于研究太陽爆發(fā)的動力學(xué)過程和物理機制。

“羲和號”通過Hα成像光譜儀專門觀測光球?qū)雍蜕驅(qū)?，在國際上首次實現(xiàn)了全日面Hα波段的光譜成像。通過一次掃描(時間小于60秒)，可以獲得日面上近1600萬個點的光譜信息，在300余個波長點上同時獲得色球和光球的二維圖像，這是前所未有的觀測。

值得注意的是，中國在太陽觀測領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量已居世界第二位，但是使用的數(shù)據(jù)均來自于國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)。“羲和號”發(fā)射成功，打破中國在此領(lǐng)域的被動局面。

“羲和號”衛(wèi)星模擬圖（圖源：國家航天局）

國際首創(chuàng)雙超新技術(shù)衛(wèi)星平臺

“羲和號”采用了國際首創(chuàng)的超高指向精度、超高穩(wěn)定度的“雙超”衛(wèi)星平臺。它實現(xiàn)了平臺艙和載荷艙“動靜隔離非接觸”總體設(shè)計，不僅阻斷了平臺艙微振動的傳遞路徑，同時解決了平臺艙熱變形對載荷艙的影響。如果說“羲和號”是一位拍攝太陽的攝影師，那么“雙超”將讓他在舉起相機時，瞄得快、對得準、拍得穩(wěn)。

同時，“羲和號”衛(wèi)星還將在軌驗證無線能源傳輸、艙間無線通信、艙間激光通信、原子鑒頻太陽導(dǎo)航儀等多項新技術(shù)和新產(chǎn)品。“羲和號”高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺在軌試驗成功后，是世界上首次將磁懸浮技術(shù)在航天器上進行工程應(yīng)用，將大幅提升中國空間觀測技術(shù)水平。

羲和號帶回不少新消息

“羲和號”探日示意圖（圖源：國家航天局）

據(jù)國家航天局介紹，“羲和號”衛(wèi)星經(jīng)過三個多月的在軌測試和實驗，已經(jīng)完成衛(wèi)星平臺技術(shù)驗證40多次，對太陽進行探測成像290多次，衛(wèi)星的平臺及有關(guān)載荷工作穩(wěn)定正常，功能和性能滿足研制總要求。目前，該衛(wèi)星已經(jīng)取得了一系列技術(shù)和科學(xué)實驗成果。

一是在軌驗證了新型高精度衛(wèi)星平臺的超高指向精度和超高穩(wěn)定度技術(shù)，與傳統(tǒng)的同等慣量衛(wèi)星平臺相比，這顆衛(wèi)星的指向精度和穩(wěn)定精度均提高了兩個數(shù)量級。

二是在太陽科學(xué)探測方面，該衛(wèi)星在軌獲得了太陽Hα譜線，全日面的Hα波段的光譜圖像，屬國際首次。太陽的Hα譜線是光子與氫原子相互作用后，電子能級躍遷產(chǎn)生的譜線，是太陽暴發(fā)時響應(yīng)最強烈的一個譜線，能夠直接反映暴發(fā)的特征。

以前，人類對太陽的觀測，Hα譜線只能在地球上進行探測，但因為受到大氣擾動，這個數(shù)據(jù)是不連續(xù)、不穩(wěn)定的。現(xiàn)在通過衛(wèi)星在軌進行探測，就可以去掉這些不穩(wěn)定因素，對太陽進行高分辨率的觀測和成像，可以更加準確地獲得太陽暴發(fā)時大氣溫度、速度等物理量的變化，進而建立起太陽暴發(fā)從光球到日冕的能量積累、釋放、傳輸?shù)耐暾锢砟Ｐ?，對研究太陽暴發(fā)的動力學(xué)過程及物理機理提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有望獲得有國際影響力的科學(xué)產(chǎn)出。

“羲和”之后還有“夸父”

中國目前已經(jīng)制定了兩個太陽探測計劃：“羲和”和“夸父”。“羲和號”實現(xiàn)了中國太陽探測破冰之旅，而“夸父”計劃是研制發(fā)射先進天基太陽天文臺衛(wèi)星，對太陽進行科學(xué)觀測，已納入中國科學(xué)院先導(dǎo)計劃。

先進天基太陽天文臺衛(wèi)星效果圖（圖源：中國科學(xué)院紫金山天文臺）

據(jù)中國科學(xué)院消息，今年下半年，中國首顆綜合性太陽探測衛(wèi)星——先進天基太陽天文臺(ASO-S)將于10月在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心擇機發(fā)射。它將用于研究太陽的“一磁兩暴”，“一磁”指的是太陽磁場，大部分的太陽活動都直接受到太陽磁場的支配，而“兩暴”指的是太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，即太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

ASO-S將利用太陽活動第25周峰年的契機，對耀斑、日冕物質(zhì)拋射和全日面矢量磁場開展同時觀測，研究“一磁兩暴”的起源、相互作用及彼此關(guān)聯(lián)，為嚴重影響人類正常生活的空間災(zāi)害性天氣預(yù)報提供支持。

當(dāng)前中國的有關(guān)近距離探測太陽的計劃已經(jīng)在行動之中，國內(nèi)有多個科研團隊都在從事相應(yīng)的研究，其中克服接近太陽時的高溫高熱材料研發(fā)和工程保障是其中的重中之重。在不遠的將來，中國近距離探測太陽的裝置也將會踏上征途。

太陽還有很多未知等著人類發(fā)現(xiàn)，中國人探索太空的腳步也不會停息。從嫦娥探月到天問探火，再到羲和探日，中國航天不斷創(chuàng)造新的歷史。心懷山海，眼有星辰，永葆初心，中國航天人必將一次次把祖國的榮耀寫上太空！

(資料來源：人民日報、科技日報、央視新聞、環(huán)球時報、北京科技報、中國青年報)