相距1.5億公里，給太陽大氣做CT的“羲和號”

成功在軌運行10個月后，我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”的科學探測和衛星技術成果今天正式公布。從“羲和號”上“看”太陽，觀測到了什么？這些科學探測成果，對于人類認識太陽有哪些新貢獻？后續太陽探測活動，還將如何開展？

　　相當于給太陽低層大氣做CT掃描

　　“羲和號”于2021年10月14日發射升空，運行于平均高度為517公里的太陽同步軌道。作為首位太陽專屬“攝影師”，“羲和號”的發射，意味著我國實現太陽空間探測“零的突破”。

　　“在科學探測方面，‘羲和號’發射后成功實現了兩個首次，即國際首次獲得空間太陽Hα（氫阿爾法）波段光譜掃描成像以及國際首次在軌獲取太陽Hα譜線、Si I（中性硅原子）譜線和Fe I（中性鐵原子）譜線的精細結構。”國家高分辨率對地觀測系統總設計師兼副總指揮、國家航天局對地觀測與數據中心主任趙堅介紹。

　　“羲和號”衛星首席科學家、南京大學教授丁明德告訴記者，Hα譜線是太陽活動在太陽低層大氣中響應最強的譜線。對這條譜線開展探測，就可以同時獲得光球層和色球層的活動信息，大大提高了我們對太陽爆發物理機制的認知。

　　“以前對于Hα譜線的探測只能在地球上進行，受到大氣干擾，探測數據經常不連續不穩定。”趙堅介紹，“羲和號”的主要科學載荷為太陽Hα成像光譜儀，通過光譜掃描成像，分辨率達到了0.0024納米，比地面濾光器的分辨率提高了約10倍，達到了國際先進水平。每張光譜掃描圖像實際上都包含了300多張照片，分別對應了光球層和色球層不同高度處的太陽圖像，因此相當于給太陽低層大氣做CT掃描。而每一張“CT圖”上，又反映了日面上近1600萬個點的信息。

　　除了太陽Hα譜線，“羲和號”還同時獲得了Si I譜線和Fe I譜線。尤其是Si I譜線，以往在地面觀測時被地球大氣的水分子譜線掩蓋，“羲和號”在空間直接觀測到了Si I完整的譜線輪廓，這是國際上的第一次。通過三條譜線的研究，結合“羲和號”獲得的全日面色球和光球的多普勒速度圖，可以反演計算出太陽大氣的溫度、密度、速度，從而幫助我們深入研究太陽的大氣結構，了解太陽爆發活動的觸發原因和傳播過程，更好地開展空間天氣預報，保障人類生命安全。

　　專家表示，“羲和號”衛星在軌開展的相關試驗，是國際上第一次在太空進行Hα譜線研究，目前已經獲得了2項太陽探測國際科學成果，顯著提高了我國在太陽物理領域的國際影響力。

　　非接觸式磁浮衛星平臺讓拍照更準、更穩

　　“羲和號”在新型衛星技術試驗方面也實現了多個首次，如國際首次實現了主從協同非接觸“雙超”（超高指向精度、超高穩定度）衛星平臺技術在軌性能驗證及工程應用；實現了國際首臺太陽空間Hα成像光譜儀在軌應用；實現了國際首臺原子鑒頻太陽測速導航儀在軌驗證等。

　　“羲和號”衛星系統總指揮、中國航天科技集團八院科技委常委陳建新表示，要在相距太陽1.5億公里遠的地球附近對太陽“明察秋毫”，就對相機的指向精度和穩定度提出了更高的要求。“羲和號”衛星在國際首次采用基于“動靜隔離、主從協同”理念的非接觸式磁浮衛星平臺，就像給相機裝上了高精尖的“云臺”，讓相機對得準、拍得穩。

　　“在太空中，衛星載荷哪怕一次微小振動，都會讓成像效果差之毫厘、謬以千里。”陳建新介紹，“雙超”衛星平臺采用磁浮控制技術，將平臺與載荷的物理接觸徹底隔絕，確保載荷成像不受平臺擾動的影響，將我國衛星平臺的姿態控制水平提升了1至2個數量級，達到了國際先進水平。

　　此外，“羲和號”還在軌驗證了艙間無線能源傳輸、激光通信、無線通信等多項衛星平臺新技術。

　　趙堅表示，隨著我國航天產業的不斷發展，對地觀測、空間科學探測等各類航天任務對高性能衛星平臺的需求越來越迫切，尤其亟須發展具有超高指向精度、超高穩定度指標的衛星平臺。“‘羲和號’高性能技術衛星平臺在軌試驗，是世界上首次將磁浮技術在航天器上進行工程應用，大幅提升了我國空間觀測技術水平。”

　　據介紹，未來“雙超”平臺技術將在高分辨率遙感、太陽立體探測、系外行星發現等新一代航天任務中得到推廣應用，推動我國空間技術的跨越式發展。

　　觀測到近百個太陽爆發活動，數據向全球開放共享

　　目前，“羲和號”每天都在按照既定計劃開展科學觀測，已經觀測到了近百個太陽爆發活動，相關研究工作正在開展。

　　趙堅介紹，我國在太陽觀測領域發表論文數量已居世界第二位，但之前使用的數據均來自國外衛星數據。“羲和號”發射成功后，國家航天局牽頭成立了衛星數據科學委員會，制定了數據政策，供國內外科學家研究、使用、共享衛星探測數據，力爭產生更多的原創性科學成果，為人類科學事業做出中國貢獻。目前，“羲和號”的科學數據已向全球開放共享。

　　“太陽爆發產生大量帶電高能粒子，對地球電磁環境造成嚴重破壞，其中尤以耀斑和日冕物質拋射對地球電磁環境影響最為顯著。這些太陽活動干擾通信和導航、威脅航天員的健康，甚至毀壞航天器，對太陽活動的觀測和研究不僅具有重要的科學意義，更具有巨大的應用價值。”趙堅表示，太陽活動周期約11年，當前正處于第二十五個太陽活動周期，全世界又進入太陽研究新的高峰期。我國作為航天大國，及時開展太陽探測活動十分必要。

　　自上世紀60年代以來，全世界已發射了70多顆太陽觀測衛星，聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射的觀測研究。未來5年，國外至少將發射5顆太陽探測衛星。

　　據介紹，今年我國還將發射先進天基太陽天文臺衛星，以“一磁兩暴”為科學目標，對太陽耀斑、日冕物質拋射和全日面矢量磁場開展觀測，為預報嚴重影響人類正常生活的空間災害性天氣提供支持。

　　此外，我國正在論證后續太陽探測發展計劃，科學家們希望按照在黃道面內多視角探測、大傾角太陽極區探測和太陽抵近觀測“三步走”實施，由易到難，逐步深入，進一步了解太陽的構造，確定太陽活動的三維結構，掌握機理和活動規律，為人類科學事業的發展貢獻中國力量。