這就是中國(guó)優(yōu)勢(shì) | 科技優(yōu)勢(shì)（六）羲和逐日：國(guó)際首次在軌獲得太陽(yáng)Hα譜線

【導(dǎo)語(yǔ)】“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還?！边@是一種豪情與詩(shī)意，也是當(dāng)今中國(guó)正創(chuàng)造的奇跡。中國(guó)人對(duì)未知的好奇、對(duì)探索的渴望、對(duì)困境的思考以及對(duì)美好未來(lái)的期待，推開(kāi)了一扇扇嶄新世界的大門(mén)：空間探測(cè)、生物醫(yī)藥、人工智能、量子科學(xué)……中國(guó)科技創(chuàng)新的步伐從未停止。正如習(xí)近平總書(shū)記所說(shuō)，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(kāi)來(lái)中推進(jìn)。新時(shí)代必將是大有可為的時(shí)代。

太陽(yáng)讓地球萬(wàn)物得以生長(zhǎng)，也影響著人類的生存和未來(lái)。2021年至2022年是人類有記錄以來(lái)第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的開(kāi)始，全世界又進(jìn)入太陽(yáng)研究新的高峰期。伴隨著第一顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”成功發(fā)射，中國(guó)由此正式開(kāi)始了空間探日時(shí)代。

2021年10月14日18時(shí)51分，搭載著中國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”的長(zhǎng)征二號(hào)丁火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。（圖源：人民日?qǐng)?bào)）

中國(guó)首顆探日衛(wèi)星上天了

人類觀測(cè)太陽(yáng)的活動(dòng)具有漫長(zhǎng)的歷史，但是長(zhǎng)期以來(lái)都是在地球上對(duì)太陽(yáng)展開(kāi)觀測(cè)研究，直到上個(gè)世紀(jì)中葉人類才走向天基探測(cè)太陽(yáng)的步伐。從世界范圍來(lái)看，自上世紀(jì)60年代以來(lái)，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。

為何要去探測(cè)遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)？除了眾所周知的光照外，太陽(yáng)的異常活動(dòng)同樣會(huì)沖擊現(xiàn)代生活。太陽(yáng)距離地球平均達(dá)1.5億公里，一旦太陽(yáng)發(fā)生異?；顒?dòng)，耀斑和日冕物質(zhì)拋射產(chǎn)生的磁云會(huì)裹挾著大量帶電高能粒子，直奔地球而來(lái)，與現(xiàn)代生活息息相關(guān)的電磁環(huán)境將受到嚴(yán)重破壞，因此持續(xù)地對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常有必要。

例如2003年萬(wàn)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(shí)通信和定位的交通系統(tǒng)都不同程度癱瘓。這次太陽(yáng)風(fēng)暴事件被稱為“萬(wàn)圣節(jié)風(fēng)暴”。因此持續(xù)地對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常有必要的。

2003年“萬(wàn)圣節(jié)風(fēng)暴”期間，美國(guó)得克薩斯拍攝到的景象。（圖源：NASA）

中國(guó)第一顆太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星定名為“羲和號(hào)”，取名靈感自中國(guó)上古神話中的太陽(yáng)女神與制定時(shí)歷的女神羲和，取義“效法羲和馭天馬，志在長(zhǎng)空牧群星”，象征中國(guó)對(duì)太陽(yáng)探索的緣起與開(kāi)拓。

“羲和號(hào)”從2019年6月正式立項(xiàng)，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(yùn)行期間，將觀測(cè)太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射的光球及色球表現(xiàn)，探究太陽(yáng)爆發(fā)的源區(qū)動(dòng)態(tài)特性和觸發(fā)機(jī)制，同時(shí)探測(cè)太陽(yáng)暗條形成和演化過(guò)程的色球表現(xiàn)，揭示其與太陽(yáng)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(yáng)低層大氣動(dòng)力學(xué)過(guò)程，為解決“太陽(yáng)爆發(fā)由里及表能量傳輸全過(guò)程物理模型”等科學(xué)問(wèn)題提供重要支撐。

作為中國(guó)派去觀測(cè)太陽(yáng)的第一位使者，“羲和號(hào)”一出手就不凡，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)Hα波段光譜成像的空間探測(cè)，填補(bǔ)了太陽(yáng)爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測(cè)數(shù)據(jù)的空白，提高中國(guó)在太陽(yáng)物理領(lǐng)域研究能力，對(duì)中國(guó)空間科學(xué)探測(cè)及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展都具有重要意義。

羲和號(hào)開(kāi)創(chuàng)了多個(gè)首次

“羲和號(hào)”全稱為太陽(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，主要科學(xué)載荷為太陽(yáng)空間望遠(yuǎn)鏡。據(jù)了解，“羲和號(hào)”整星重量約508公斤，設(shè)計(jì)壽命3年，運(yùn)行于517公里高度、傾角98度的太陽(yáng)同步軌道，該軌道將經(jīng)過(guò)地球的南北極，能夠24小時(shí)連續(xù)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行觀測(cè)。有人形象地把“羲和號(hào)”比喻成像是地球的一只眼睛，時(shí)刻觀測(cè)著太陽(yáng)的一舉一動(dòng)。從科學(xué)觀測(cè)到技術(shù)試驗(yàn)，“羲和號(hào)”開(kāi)創(chuàng)了許多國(guó)際首次。

中國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”（圖源：國(guó)家航天總局）

國(guó)際首次在太空進(jìn)行Hα譜線研究

“羲和號(hào)”主要科學(xué)載荷是Hα成像光譜儀，Hα是研究太陽(yáng)活動(dòng)在光球和色球響應(yīng)時(shí)最好的譜線之一，通過(guò)對(duì)該譜線的數(shù)據(jù)分析，可獲得太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)的大氣溫度、速度等物理量的變化，有助于研究太陽(yáng)爆發(fā)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程和物理機(jī)制。

“羲和號(hào)”通過(guò)Hα成像光譜儀專門(mén)觀測(cè)光球?qū)雍蜕驅(qū)樱趪?guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了全日面Hα波段的光譜成像。通過(guò)一次掃描(時(shí)間小于60秒)，可以獲得日面上近1600萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的光譜信息，在300余個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)上同時(shí)獲得色球和光球的二維圖像，這是前所未有的觀測(cè)。

值得注意的是，中國(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，但是使用的數(shù)據(jù)均來(lái)自于國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)?！棒撕吞?hào)”發(fā)射成功，打破中國(guó)在此領(lǐng)域的被動(dòng)局面。

“羲和號(hào)”衛(wèi)星模擬圖（圖源：國(guó)家航天局）

國(guó)際首創(chuàng)雙超新技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)

“羲和號(hào)”采用了國(guó)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(tái)。它實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)艙和載荷艙“動(dòng)靜隔離非接觸”總體設(shè)計(jì)，不僅阻斷了平臺(tái)艙微振動(dòng)的傳遞路徑，同時(shí)解決了平臺(tái)艙熱變形對(duì)載荷艙的影響。如果說(shuō)“羲和號(hào)”是一位拍攝太陽(yáng)的攝影師，那么“雙超”將讓他在舉起相機(jī)時(shí)，瞄得快、對(duì)得準(zhǔn)、拍得穩(wěn)。

同時(shí)，“羲和號(hào)”衛(wèi)星還將在軌驗(yàn)證無(wú)線能源傳輸、艙間無(wú)線通信、艙間激光通信、原子鑒頻太陽(yáng)導(dǎo)航儀等多項(xiàng)新技術(shù)和新產(chǎn)品?！棒撕吞?hào)”高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)在軌試驗(yàn)成功后，是世界上首次將磁懸浮技術(shù)在航天器上進(jìn)行工程應(yīng)用，將大幅提升中國(guó)空間觀測(cè)技術(shù)水平。

羲和號(hào)帶回不少新消息

“羲和號(hào)”探日示意圖（圖源：國(guó)家航天局）

據(jù)國(guó)家航天局介紹，“羲和號(hào)”衛(wèi)星經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的在軌測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)完成衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)驗(yàn)證40多次，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行探測(cè)成像290多次，衛(wèi)星的平臺(tái)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(shí)驗(yàn)成果。

一是在軌驗(yàn)證了新型高精度衛(wèi)星平臺(tái)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(tái)相比，這顆衛(wèi)星的指向精度和穩(wěn)定精度均提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

二是在太陽(yáng)科學(xué)探測(cè)方面，該衛(wèi)星在軌獲得了太陽(yáng)Hα譜線，全日面的Hα波段的光譜圖像，屬國(guó)際首次。太陽(yáng)的Hα譜線是光子與氫原子相互作用后，電子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的譜線，是太陽(yáng)暴發(fā)時(shí)響應(yīng)最強(qiáng)烈的一個(gè)譜線，能夠直接反映暴發(fā)的特征。

以前，人類對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)，Hα譜線只能在地球上進(jìn)行探測(cè)，但因?yàn)槭艿酱髿鈹_動(dòng)，這個(gè)數(shù)據(jù)是不連續(xù)、不穩(wěn)定的。現(xiàn)在通過(guò)衛(wèi)星在軌進(jìn)行探測(cè)，就可以去掉這些不穩(wěn)定因素，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行高分辨率的觀測(cè)和成像，可以更加準(zhǔn)確地獲得太陽(yáng)暴發(fā)時(shí)大氣溫度、速度等物理量的變化，進(jìn)而建立起太陽(yáng)暴發(fā)從光球到日冕的能量積累、釋放、傳輸?shù)耐暾锢砟Ｐ停瑢?duì)研究太陽(yáng)暴發(fā)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程及物理機(jī)理提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有望獲得有國(guó)際影響力的科學(xué)產(chǎn)出。

“羲和”之后還有“夸父”

中國(guó)目前已經(jīng)制定了兩個(gè)太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃：“羲和”和“夸父”?！棒撕吞?hào)”實(shí)現(xiàn)了中國(guó)太陽(yáng)探測(cè)破冰之旅，而“夸父”計(jì)劃是研制發(fā)射先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，已納入中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)計(jì)劃。

先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星效果圖（圖源：中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)）

據(jù)中國(guó)科學(xué)院消息，今年下半年，中國(guó)首顆綜合性太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星——先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)(ASO-S)將于10月在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心擇機(jī)發(fā)射。它將用于研究太陽(yáng)的“一磁兩暴”，“一磁”指的是太陽(yáng)磁場(chǎng)，大部分的太陽(yáng)活動(dòng)都直接受到太陽(yáng)磁場(chǎng)的支配，而“兩暴”指的是太陽(yáng)上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，即太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

ASO-S將利用太陽(yáng)活動(dòng)第25周峰年的契機(jī)，對(duì)耀斑、日冕物質(zhì)拋射和全日面矢量磁場(chǎng)開(kāi)展同時(shí)觀測(cè)，研究“一磁兩暴”的起源、相互作用及彼此關(guān)聯(lián)，為嚴(yán)重影響人類正常生活的空間災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)提供支持。

當(dāng)前中國(guó)的有關(guān)近距離探測(cè)太陽(yáng)的計(jì)劃已經(jīng)在行動(dòng)之中，國(guó)內(nèi)有多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)都在從事相應(yīng)的研究，其中克服接近太陽(yáng)時(shí)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(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)近距離探測(cè)太陽(yáng)的裝置也將會(huì)踏上征途。

太陽(yáng)還有很多未知等著人類發(fā)現(xiàn)，中國(guó)人探索太空的腳步也不會(huì)停息。從嫦娥探月到天問(wèn)探火，再到羲和探日，中國(guó)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(guó)航天人必將一次次把祖國(guó)的榮耀寫(xiě)上太空！

(資料來(lái)源：人民日?qǐng)?bào)、科技日?qǐng)?bào)、央視新聞、環(huán)球時(shí)報(bào)、北京科技報(bào)、中國(guó)青年報(bào))