特約記者 黃 帆 周鑫月 劉 彥 /文

草木發(fā)芽，萬物生長，人類的生產(chǎn)生活離不開太陽。太陽是太陽系中最大的天體，距離地球約1.5 億公里（一個天文單位），是離地球最近、與人類關(guān)系最密切的恒星。

大約在46 億年前，太陽在距離銀河系中心約2.6 萬光年處，由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成，太陽壽命大致為100 億年，目前正處于壯年期，它的直徑達(dá)139 萬公里，是地球的107 倍，質(zhì)量達(dá)2000 億億億噸，是地球的33 萬倍，占整個太陽系總質(zhì)量的99.87%。

從“夸父追日”到“兩小兒辯日”再到“羲和”探日，中華民族對太陽的好奇與探索從未停息。2021 年10 月14 日我國首顆太陽探測科學(xué)與技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”成功發(fā)射，我國正式步入“探日”時代。

一年以來，國家航天局組織航天科技集團(tuán)、南京大學(xué)等工程任務(wù)團(tuán)隊，開展衛(wèi)星平臺超高指向精度、超高穩(wěn)定度技術(shù)試驗300 余次，太陽光譜成像1000 余次，圓滿完成了“羲和號”在軌測試和試驗工作，取得了重要成果，其中包含5 項國際首次成果：

·首次實現(xiàn)了對太陽Hα 波段的光譜掃描成像，記錄了太陽活動在光球?qū)雍蜕驅(qū)拥捻憫?yīng)過程；

·首次在軌獲取了太陽Hα 譜線、Si Ⅰ和Fe Ⅰ譜線，得到了完整的譜線輪廓；

·首次采用基于“動靜隔離、主從協(xié)同”模式的非接觸式磁浮衛(wèi)星平臺，實現(xiàn)了超高指向精度、穩(wěn)定精度衛(wèi)星平臺技術(shù)在軌性能驗證及工程應(yīng)用；

·首次實現(xiàn)了太陽空間Hα 譜線成像儀在軌應(yīng)用，光譜分辨率優(yōu)于0.0024nm；

·首次實現(xiàn)了在軌高精度原子鑒頻太陽測速導(dǎo)航儀在軌驗證,測速精度優(yōu)于2m/s。

“羲和號”全日面Ha 波段光譜掃描成像

全日面色球多普勒速度場

國家航天局副局長吳艷華表示，“羲和號”作為中國航天“十三五”重點規(guī)劃的首顆太陽探測科學(xué)與技術(shù)試驗衛(wèi)星，實現(xiàn)了國際首次太陽Ha 波段光譜成像的空間探測，極大提高了我國在太陽物理領(lǐng)域研究能力，對我國空間科學(xué)探測及衛(wèi)星發(fā)展具有重要意義。

高分辨率成像 給太陽做個“CT”

太陽Hα 譜線是光子與氫原子相互作用后電子能級躍遷產(chǎn)生的譜線之一，是太陽爆發(fā)時響應(yīng)最強(qiáng)的色球譜線，能夠直接反映爆發(fā)的源區(qū)特征。此前，只能在地球上進(jìn)行探測，因受大氣干擾，探測數(shù)據(jù)不連續(xù)不穩(wěn)定。

“羲和”號衛(wèi)星搭載的主要科學(xué)載荷——Hα 成像光譜儀對其進(jìn)行高分辨率成像（分辨率達(dá)0.0024納米），每張光譜掃描圖像實際上都包含了300 多張照片，分別對應(yīng)了光球?qū)雍蜕驅(qū)硬煌叨忍幍奶枅D像，相當(dāng)于給太陽低層大氣做了一次“CT”掃描。在每一張“CT”圖上，又反映了日面上近1600 萬個點的信息。

除太陽Hα 譜線外，“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”在國際上首次在空間直接觀測到了Si I 完整的譜線輪廓。

高分專項總設(shè)計師兼副總指揮、國家航天局對地觀測與數(shù)據(jù)中心主任趙堅介紹，“羲和”號衛(wèi)星在軌開展的相關(guān)試驗，是國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 項太陽探測國際科學(xué)成果，顯著提高了我國在太陽物理領(lǐng)域的國際影響力。

“雙超”衛(wèi)星平臺設(shè)計 拍照拒絕“手抖”

“羲和號”采用了超高指向精度、超高穩(wěn)定度的“雙超”衛(wèi)星平臺設(shè)計。在軌應(yīng)用磁浮技術(shù)，采用“動靜隔離非接觸”總體設(shè)計新方法，將平臺艙與載荷艙物理隔離，阻斷平臺艙微振動對載荷工作的影響，衛(wèi)星平臺的指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度均提高了1-2 個數(shù)量級，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

原子鑒頻 給衛(wèi)星裝上導(dǎo)航儀

衛(wèi)星在太空中飛行，如何準(zhǔn)確獲取自身的位置和速度是首先要解決的問題。

行駛在地球上的汽車，可以通過導(dǎo)航系統(tǒng)實時掌握自己的位置。但衛(wèi)星飄在天上，定位難度要比給車定位難的多，怎么個難法呢？

“羲和號”發(fā)射前 攝影/雷春鳴

與近地空間任務(wù)相比，月球以遠(yuǎn)的深空探測任務(wù)由于沒有導(dǎo)航衛(wèi)星的輔助，只能依靠傳統(tǒng)的無線電測距、測速導(dǎo)航方法。然而無線電導(dǎo)航會隨著衛(wèi)星飛行距離的增加而大幅下降，難以及時準(zhǔn)確地確定衛(wèi)星在太空中的位置和速度。

太陽光到達(dá)在太空中運(yùn)動的衛(wèi)星時，會產(chǎn)生頻率變化，也就是通常說的多普勒頻移。當(dāng)波源運(yùn)動時，在其運(yùn)動方向接收到的波長會變短（頻率會升高），在背向其運(yùn)動方向上，接收到的波長會變長（頻率會降低）。簡單來說就是“運(yùn)動的物體把它前方的波形擠壓的更致密，后方拉伸的更稀疏”。頻移的大小與衛(wèi)星相對太陽的視向速度成正比。因此，如果能測出太陽光的頻率變化，也就能知道衛(wèi)星相對太陽的視向速度。

“羲和號”搭載的原子鑒頻太陽測速導(dǎo)航儀，是國際首次在軌采用原子鑒頻原理。經(jīng)過在軌實測，導(dǎo)航儀的速度測量精度優(yōu)于2米/秒。

該導(dǎo)航儀利用鈉原子自身的超精細(xì)光譜作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，實時準(zhǔn)確地確定太陽光的頻率變化，進(jìn)而獲取衛(wèi)星相對太陽的視向速度。為未來深空探測任務(wù)中的自主導(dǎo)航提供了一種新型的速度測量技術(shù)手段，夯實我國在深空探測領(lǐng)域的原創(chuàng)性技術(shù)積累，促進(jìn)原子鑒頻及相關(guān)技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

空間太陽探測意義何在

太陽對地球的影響無所不在，主要體現(xiàn)在太陽爆發(fā)產(chǎn)生大量帶電高能粒子，對地球電磁環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，其中尤以太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射對地球電磁環(huán)境影響最為顯著。

強(qiáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射等太陽活動干擾通信和導(dǎo)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(xué)意義，更具有巨大的應(yīng)用價值。

另外，通過對太陽的探測，人類可以深入了解天體磁場的起源和演化、高能粒子的加速和傳播等重要物理過程，對天體物理學(xué)研究具有重要意義。

“羲和”還有“小伙伴”

太陽活動周期約11 年，2021年至2022 年是人類有紀(jì)錄以來第25 個太陽活動周期的開始，全世界又進(jìn)入太陽研究新的高峰期。

我國目前已經(jīng)制定了 “羲和”、“先進(jìn)天基太陽天文臺”兩個太陽探測計劃。這是太陽探測的中國方案和中國貢獻(xiàn)。

“羲和號”科學(xué)目標(biāo)是在國際上首次開展空間太陽Hα 光譜成像探測，為建立太陽暴發(fā)能量傳輸模型提供有力支撐?！棒撕吞枴比ツ?0 月成功發(fā)射后，任務(wù)團(tuán)隊開展了各種在軌試驗，已在軌穩(wěn)定運(yùn)行近一年。

“先進(jìn)天基太陽天文臺”是中科院先導(dǎo)專項規(guī)劃的一顆太陽綜合觀測衛(wèi)星，以“一磁兩暴”為科學(xué)目標(biāo)，對太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射和全日面矢量磁場開展觀測，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)報提供支持，計劃今年10 月發(fā)射。