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“夸父”升空与“羲和”共同逐日
中国初步建立综合性太阳观测网
来源:科技日报 发布时间:2022-10-25 10:31

去年发射的“羲和号”可以称为我国探日工程的“探路者”,而“夸父一号”则是观察太阳的多面手,它可以从紫外线、可见光和X射线波段等对太阳进行观测。我国发射的两颗探日卫星各有侧重,将共同提升我国在世界太阳物理研究领域的影响力。

109日上午,我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”,在酒泉卫星发射中心搭乘长征二号丁型运载火箭发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

“夸父一号”的中文全称为先进天基太阳天文台(ASO-S)。它是中国科学院空间科学先导专项继“悟空”“墨子号”“慧眼”“实践十号”“太极一号”“怀柔一号”之后,研制发射的又一颗空间科学卫星,实现了我国天基太阳探测卫星的跨越式突破。

中国科学院紫金山天文台研究员、先进天基太阳天文台首席科学家甘为群表示,“夸父一号”作为我国综合性太阳探测专用卫星,将实现3个首次:国际上首次以“一磁两暴”作为科学目标并配置相应的载荷组合;国际上首次在一颗卫星平台上对全日面矢量磁场、太阳耀斑非热辐射成像、日冕物质抛射的日面形成以及日冕传播同时进行观测;国际上首次在莱曼阿尔法波段实现全日面和日冕同时观测。

去年我国发射了第一颗探日卫星“羲和号”,此次“夸父一号”也顺利升空。尽管“夸父”与“羲和”的观测任务不尽相同,但它们或将成为我国科学家“追日”的最强搭档。

主要任务是观测“一磁两暴”

太阳是距离地球最近的恒星,人类对这颗耀眼的“火球”充满了好奇。

“从研究自然规律、自然科学的角度来说,太阳是一个非常好的天然物理‘实验室’,除了太阳内部的物理过程外,太阳的表面、大气、磁场、结构、波动、全波段辐射、等离子体、流体规律等都值得观测研究。”甘为群说。

关于太阳,普通人最为关心的问题总是绕不开太阳会对地球造成的影响。

2003年万圣节期间,太阳暴发了一次强磁暴,使欧美的一系列科学卫星都遭受了不同程度的损害,导致全球卫星通信受到干扰,全球定位系统受到影响,定位精度出现了偏差,致使地面和空间一些需要即时通信和定位的系统出现不同程度的瘫痪。

究其原因,就是太阳发射出大量带电高能粒子,对地球电磁环境造成严重破坏。

“太阳表面看起来很平静,其实很活跃。原因在于太阳有磁场,而且磁场超级乱。当磁场在太阳表面聚集,就会形成太阳黑子。太阳黑子容易引起日珥、耀斑和日冕物质抛射等太阳暴发现象。”甘为群介绍,太阳一发威,就会对地球造成不小的影响。不仅身在太空的航天员会面临危险,还会造成地球电力系统损坏、通信系统瘫痪……

太阳活动11年为一周期,根据推算,2024—2025年是太阳活动第25周峰年。甘为群表示,“夸父一号”将以太阳活动第25周峰年为契机,详细记录这期间的“太阳风暴”。简言之,它的主要科学目标就是4个字:“一磁两暴”。所谓“一磁”就是太阳的磁场,“两暴”就是太阳上两类最剧烈的暴发现象——耀斑和日冕物质抛射。

“观测和研究太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射的形成,以及它们的关联和相互作用,可以及时预报太阳暴发对人类的影响,为空间天气预警提供支持。”甘为群解释。

据计算,一旦太阳发生日冕物质抛射等现象,科学家可以在它影响地球的至少40个小时前得到信息,从而及时做出防护,避免可能造成的损失。

“夸父”与“羲和”各有千秋

近年来,太阳物理研究这个领域非常热,我国去年发射了“羲和”,现在又有“夸父”,这两颗探日卫星的区别在哪里?

据悉,去年10月份发射的“羲和号”卫星全称为太阳光谱探测与双超平台科学技术试验卫星,主要是从技术上验证卫星“双超”平台,就是利用高精度指向和指向稳定度这两个指标开展试验。

波段地面望远镜也可以观测,但是在太空进行观测更有利,“羲和号”上搭载的望远镜可以连续对太阳进行观测,还克服地球大气抖动等带来的一系列问题,能在短时间内光谱扫描全日面,在扫描的波长范围里可以对每一个光谱点进行成像,其科学目标是太阳色球动力学。

“而‘夸父一号’是专门为观测太阳而提出的,完全以科学目标为牵引的空间科学卫星计划,所以‘夸父’被归类为空间科学卫星,它在科学目标、观测对象、观测波段等方面与‘羲和’完全不同。”甘为群说。

科技日报记者了解到,“夸父一号”携带了3台仪器载荷,分别是专门观测太阳磁场的全日面矢量磁像仪,专门观测太阳耀斑的太阳硬X射线成像仪,专门观测日冕物质抛射的莱曼阿尔法太阳望远镜,该望远镜也帮助“夸父一号”首次实现莱曼阿尔法波段全日面和近日冕同时观测。

3台仪器各有自己的“独门武功”。全日面矢量磁像仪是我国第一台空间太阳磁场测量设备,其时间分辨率相对较高,可实现全日面光球矢量磁场的持续观测,与国际同类载荷相比具有更高的磁场测量灵敏度和时间分辨率。

X射线成像仪用于对太阳耀斑非热辐射探测,比国际同类仪器探头数目要多,有99个探测器,能实现高分辨成像,还有大动态范围高速电子学读出技术,确保了“夸父一号”对高级别耀斑暴发的探测能力。

莱曼阿尔法太阳望远镜是我国第一台空间莱曼阿尔法太阳望远镜,不仅可以实现对太阳从日冕到内日冕的无缝观测,还具备自动监测太阳耀斑暴发的能力,并且其观测模式能够自主转换。同时,莱曼阿尔法谱线本身也是一个新的观测波段窗口。

将在距离地面720千米的太阳同步轨道上至少服役4年的“夸父一号”,可以称得上是“工作狂”,在全年的绝大部分时间内,可以24小时不间断对太阳进行观测。仅仅在每年5月至8月,每天会有短暂的时间进入地球阴影,“休息”最长的一天也不超过18分钟。它每天将产生大约500吉字节的数据量,通过地面支撑系统和科学应用系统的处理后向全球开放,数据共享。

因此,我国发射的两颗探日卫星各有侧重,将共同提升我国在世界太阳物理研究领域的影响力。

可探测太阳大气各层次

20世纪60年代以来,世界各国已经先后发射了数十颗太阳探测相关卫星进入太空。

在这场“群雄逐日”的国际太阳探测热潮中,我国在太阳物理学上的研究并未缺席。甘为群介绍,我国对于太阳物理的研究在国际上的地位很高,2010年中国在太阳物理领域发表论文的总量已位居世界第二。

去年发射的“羲和号”可以称为我国探日工程的“探路者”,而“夸父一号”则是观察太阳的多面手,它可以从紫外线、可见光和X射线波段等对太阳进行观测。

“从去年开始,可以说我国正式进入了空间探日时代。”北京大学地球与空间科学学院教授、中国科学院太阳活动重点实验室主任田晖介绍说,除了上述两颗卫星外,去年夏天发射的气象卫星风云三号E星上搭载了一台太阳X射线—极紫外成像仪,首次实现了我国空间日冕探测;今年夏天发射的中国科学院空间新技术试验卫星上搭载的46.5纳米极紫外太阳成像仪首次实现了我国对太阳过渡区的探测。

  田晖表示,我国已实现对太阳大气各个层次的探测。配合地面望远镜在可见光、红外和射电波段的探测,我国已初步建立综合性的太阳观测网。

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