去年發(fā)射的“羲和號”可以稱為我國探日工程的“探路者”，而“夸父一號”則是觀察太陽的多面手，它可以從紫外線、可見光和X射線波段等對太陽進(jìn)行觀測。我國發(fā)射的兩顆探日衛(wèi)星各有側(cè)重，將共同提升我國在世界太陽物理研究領(lǐng)域的影響力。

10月9日上午，我國綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心搭乘長征二號丁型運載火箭發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

“夸父一號”的中文全稱為先進(jìn)天基太陽天文臺（ASO-S）。它是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項繼“悟空”“墨子號”“慧眼”“實踐十號”“太極一號”“懷柔一號”之后，研制發(fā)射的又一顆空間科學(xué)衛(wèi)星，實現(xiàn)了我國天基太陽探測衛(wèi)星的跨越式突破。

中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員、先進(jìn)天基太陽天文臺首席科學(xué)家甘為群表示，“夸父一號”作為我國綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，將實現(xiàn)3個首次：國際上首次以“一磁兩暴”作為科學(xué)目標(biāo)并配置相應(yīng)的載荷組合；國際上首次在一顆衛(wèi)星平臺上對全日面矢量磁場、太陽耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成以及日冕傳播同時進(jìn)行觀測；國際上首次在萊曼阿爾法波段實現(xiàn)全日面和日冕同時觀測。

去年我國發(fā)射了第一顆探日衛(wèi)星“羲和號”，此次“夸父一號”也順利升空。盡管“夸父”與“羲和”的觀測任務(wù)不盡相同，但它們或?qū)⒊蔀槲覈茖W(xué)家“追日”的最強(qiáng)搭檔。

主要任務(wù)是觀測“一磁兩暴”

太陽是距離地球最近的恒星，人類對這顆耀眼的“火球”充滿了好奇。

“從研究自然規(guī)律、自然科學(xué)的角度來說，太陽是一個非常好的天然物理‘實驗室’，除了太陽內(nèi)部的物理過程外，太陽的表面、大氣、磁場、結(jié)構(gòu)、波動、全波段輻射、等離子體、流體規(guī)律等都值得觀測研究。”甘為群說。

關(guān)于太陽，普通人最為關(guān)心的問題總是繞不開太陽會對地球造成的影響。

2003年萬圣節(jié)期間，太陽暴發(fā)了一次強(qiáng)磁暴，使歐美的一系列科學(xué)衛(wèi)星都遭受了不同程度的損害，導(dǎo)致全球衛(wèi)星通信受到干擾，全球定位系統(tǒng)受到影響，定位精度出現(xiàn)了偏差，致使地面和空間一些需要即時通信和定位的系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度的癱瘓。

究其原因，就是太陽發(fā)射出大量帶電高能粒子，對地球電磁環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。

“太陽表面看起來很平靜，其實很活躍。原因在于太陽有磁場，而且磁場超級亂。當(dāng)磁場在太陽表面聚集，就會形成太陽黑子。太陽黑子容易引起日珥、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等太陽暴發(fā)現(xiàn)象。”甘為群介紹，太陽一發(fā)威，就會對地球造成不小的影響。不僅身在太空的航天員會面臨危險，還會造成地球電力系統(tǒng)損壞、通信系統(tǒng)癱瘓……

太陽活動11年為一周期，根據(jù)推算，2024—2025年是太陽活動第25周峰年。甘為群表示，“夸父一號”將以太陽活動第25周峰年為契機(jī)，詳細(xì)記錄這期間的“太陽風(fēng)暴”。簡言之，它的主要科學(xué)目標(biāo)就是4個字：“一磁兩暴”。所謂“一磁”就是太陽的磁場，“兩暴”就是太陽上兩類最劇烈的暴發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

“觀測和研究太陽磁場、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的形成，以及它們的關(guān)聯(lián)和相互作用，可以及時預(yù)報太陽暴發(fā)對人類的影響，為空間天氣預(yù)警提供支持。”甘為群解釋。

據(jù)計算，一旦太陽發(fā)生日冕物質(zhì)拋射等現(xiàn)象，科學(xué)家可以在它影響地球的至少40個小時前得到信息，從而及時做出防護(hù)，避免可能造成的損失。

“夸父”與“羲和”各有千秋

近年來，太陽物理研究這個領(lǐng)域非常熱，我國去年發(fā)射了“羲和”，現(xiàn)在又有“夸父”，這兩顆探日衛(wèi)星的區(qū)別在哪里？

據(jù)悉，去年10月份發(fā)射的“羲和號”衛(wèi)星全稱為太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星，主要是從技術(shù)上驗證衛(wèi)星“雙超”平臺，就是利用高精度指向和指向穩(wěn)定度這兩個指標(biāo)開展試驗。

Hα波段地面望遠(yuǎn)鏡也可以觀測，但是在太空進(jìn)行觀測更有利，“羲和號”上搭載的望遠(yuǎn)鏡可以連續(xù)對太陽進(jìn)行觀測，還克服地球大氣抖動等帶來的一系列問題，能在短時間內(nèi)光譜掃描全日面，在掃描的波長范圍里可以對每一個光譜點進(jìn)行成像，其科學(xué)目標(biāo)是太陽色球動力學(xué)。

“而‘夸父一號’是專門為觀測太陽而提出的，完全以科學(xué)目標(biāo)為牽引的空間科學(xué)衛(wèi)星計劃，所以‘夸父’被歸類為空間科學(xué)衛(wèi)星，它在科學(xué)目標(biāo)、觀測對象、觀測波段等方面與‘羲和’完全不同。”甘為群說。

科技日報記者了解到，“夸父一號”攜帶了3臺儀器載荷，分別是專門觀測太陽磁場的全日面矢量磁像儀，專門觀測太陽耀斑的太陽硬X射線成像儀，專門觀測日冕物質(zhì)拋射的萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡也幫助“夸父一號”首次實現(xiàn)萊曼阿爾法波段全日面和近日冕同時觀測。

這3臺儀器各有自己的“獨門武功”。全日面矢量磁像儀是我國第一臺空間太陽磁場測量設(shè)備，其時間分辨率相對較高，可實現(xiàn)全日面光球矢量磁場的持續(xù)觀測，與國際同類載荷相比具有更高的磁場測量靈敏度和時間分辨率。

硬X射線成像儀用于對太陽耀斑非熱輻射探測，比國際同類儀器探頭數(shù)目要多，有99個探測器，能實現(xiàn)高分辨成像，還有大動態(tài)范圍高速電子學(xué)讀出技術(shù)，確保了“夸父一號”對高級別耀斑暴發(fā)的探測能力。

萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡是我國第一臺空間萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡，不僅可以實現(xiàn)對太陽從日冕到內(nèi)日冕的無縫觀測，還具備自動監(jiān)測太陽耀斑暴發(fā)的能力，并且其觀測模式能夠自主轉(zhuǎn)換。同時，萊曼阿爾法譜線本身也是一個新的觀測波段窗口。

將在距離地面720千米的太陽同步軌道上至少服役4年的“夸父一號”，可以稱得上是“工作狂”，在全年的絕大部分時間內(nèi)，可以24小時不間斷對太陽進(jìn)行觀測。僅僅在每年5月至8月，每天會有短暫的時間進(jìn)入地球陰影，“休息”最長的一天也不超過18分鐘。它每天將產(chǎn)生大約500吉字節(jié)的數(shù)據(jù)量，通過地面支撐系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的處理后向全球開放，數(shù)據(jù)共享。

因此，我國發(fā)射的兩顆探日衛(wèi)星各有側(cè)重，將共同提升我國在世界太陽物理研究領(lǐng)域的影響力。

可探測太陽大氣各層次

20世紀(jì)60年代以來，世界各國已經(jīng)先后發(fā)射了數(shù)十顆太陽探測相關(guān)衛(wèi)星進(jìn)入太空。

在這場“群雄逐日”的國際太陽探測熱潮中，我國在太陽物理學(xué)上的研究并未缺席。甘為群介紹，我國對于太陽物理的研究在國際上的地位很高，2010年中國在太陽物理領(lǐng)域發(fā)表論文的總量已位居世界第二。

去年發(fā)射的“羲和號”可以稱為我國探日工程的“探路者”，而“夸父一號”則是觀察太陽的多面手，它可以從紫外線、可見光和X射線波段等對太陽進(jìn)行觀測。

“從去年開始，可以說我國正式進(jìn)入了空間探日時代。”北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授、中國科學(xué)院太陽活動重點實驗室主任田暉介紹說，除了上述兩顆衛(wèi)星外，去年夏天發(fā)射的氣象衛(wèi)星風(fēng)云三號E星上搭載了一臺太陽X射線—極紫外成像儀，首次實現(xiàn)了我國空間日冕探測；今年夏天發(fā)射的中國科學(xué)院空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星上搭載的46.5納米極紫外太陽成像儀首次實現(xiàn)了我國對太陽過渡區(qū)的探測。

田暉表示，我國已實現(xiàn)對太陽大氣各個層次的探測。配合地面望遠(yuǎn)鏡在可見光、紅外和射電波段的探測，我國已初步建立綜合性的太陽觀測網(wǎng)。