夸父逐日，是無(wú)數(shù)中國(guó)人自幼耳熟能詳?shù)纳裨�。今天，神話正在變成現(xiàn)實(shí)——中國(guó)綜合性太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)“夸父一號(hào)”正在試圖揭開(kāi)太陽(yáng)的神秘面紗!
“自20世紀(jì)60年代以來(lái)，世界空間大國(guó)已經(jīng)先后發(fā)射了六七十顆太陽(yáng)探測(cè)相關(guān)衛(wèi)星，而我國(guó)在太陽(yáng)探測(cè)專(zhuān)用衛(wèi)星方面一直缺席。雖然我國(guó)太陽(yáng)物理科學(xué)論文排名世界前列，但我們真不好意思說(shuō)自己在太陽(yáng)物理方面已經(jīng)走在國(guó)際前沿。”“夸父一號(hào)”首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員甘為群說(shuō)，“如今，我們可以自豪地說(shuō)‘夸父一號(hào)’將實(shí)現(xiàn)我國(guó)太陽(yáng)衛(wèi)星探測(cè)跨越式突破!我們將為太陽(yáng)研究作出更多原創(chuàng)性貢獻(xiàn)!”
火箭發(fā)射圖片酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心供圖
三個(gè)“國(guó)際首次”瞄準(zhǔn)太陽(yáng)“一磁兩暴”
大約46億年前，在距離銀河系中心約2.6萬(wàn)光年之處的螺旋臂上，一團(tuán)分子云開(kāi)始在自身的引力作用下坍縮，逐漸形成了太陽(yáng)。太陽(yáng)是我們的“母星”，地球上的一切生產(chǎn)生活都與太陽(yáng)息息相關(guān)，但它偶爾爆發(fā)的“小脾氣”也會(huì)給我們帶來(lái)阻礙——太陽(yáng)風(fēng)暴將規(guī)模巨大的噴射的物質(zhì)和能量“吹”到近地空間，可引起地球磁層、電離層、中高層大氣等地球空間環(huán)境強(qiáng)烈擾動(dòng)，從而影響人類(lèi)活動(dòng)。
太陽(yáng)活動(dòng)呈周期性變化，周期平均為11年，太陽(yáng)黑子數(shù)量達(dá)到最多的年份，稱(chēng)為太陽(yáng)活動(dòng)峰年，是太陽(yáng)活動(dòng)最劇烈的時(shí)候。據(jù)科學(xué)家們預(yù)測(cè)，2024年到2025年左右，將是太陽(yáng)活動(dòng)的第25周峰年。甘為群說(shuō)：“我們選擇在這個(gè)時(shí)間發(fā)射‘夸父一號(hào)’，就是為了更好地了解太陽(yáng)。它的設(shè)計(jì)壽命不少于4年，可以基本覆蓋太陽(yáng)峰年的極大期，這對(duì)我們的科學(xué)研究、實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星科學(xué)目標(biāo)是非常有利的。”
“夸父一號(hào)”的科學(xué)目標(biāo)是“一磁兩暴”。甘為群說(shuō)：“這個(gè)詞是專(zhuān)門(mén)為這顆衛(wèi)星提出來(lái)的，‘磁’就是磁場(chǎng)，‘兩暴’就是太陽(yáng)上兩類(lèi)最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射。我們就是要研究這三者之間的關(guān)系，即磁場(chǎng)與耀斑的關(guān)系，磁場(chǎng)與日冕物質(zhì)拋射的關(guān)系，日冕物質(zhì)拋射與耀斑的關(guān)系;研究它們的形成、演化、相互作用和可能存在的因果關(guān)聯(lián)，同時(shí)為空間天氣預(yù)警提供支持。”
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，從理念提出到有效載荷研制，再到系統(tǒng)集成，“夸父一號(hào)”作出了很多原始創(chuàng)新。甘為群將其總結(jié)為三個(gè)國(guó)際首次：國(guó)際上首次以“一磁兩暴”作為衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)并且配置相應(yīng)的載荷組合;國(guó)際上首次在一顆近地衛(wèi)星上，對(duì)全日面矢量磁場(chǎng)、太陽(yáng)耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成和近日冕傳播同時(shí)進(jìn)行觀測(cè);國(guó)際上首次在萊曼阿爾法譜線波段實(shí)現(xiàn)全日面和近日冕無(wú)縫同時(shí)成像觀測(cè)。
三大載荷“無(wú)間斷”觀測(cè)太陽(yáng)
“夸父一號(hào)”重量約859公斤，入軌后的尺寸是2105毫米×9184毫米×2456毫米。在這樣的空間里，科學(xué)家們妥善安置了三大載荷，讓“夸父一號(hào)”本領(lǐng)高強(qiáng)：全日面矢量磁像儀(FMG)、萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡(LST)和硬X射線成像儀(HXI)，它們分別觀測(cè)太陽(yáng)磁場(chǎng)、日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)耀斑。
“每一臺(tái)儀器都有自己的特色。”“夸父一號(hào)”衛(wèi)星系統(tǒng)總師，中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員諸成介紹：
——全日面矢量磁像儀，追蹤太陽(yáng)活動(dòng)的源頭。FMG的測(cè)量目標(biāo)是太陽(yáng)光球磁場(chǎng)，其獲得的矢量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)不僅可以幫助我們深入理解耀斑和日冕物質(zhì)拋射過(guò)程中的能量積累、觸發(fā)、釋放和傳輸機(jī)制，也可以幫助我們更準(zhǔn)確地研究太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的預(yù)報(bào)模型，為更精確的空間天氣預(yù)報(bào)提供觀測(cè)基礎(chǔ)。
——萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，太陽(yáng)觀測(cè)的新窗口。LST載荷由三臺(tái)儀器組成，其將對(duì)太陽(yáng)全日面和近日冕進(jìn)行萊曼阿爾法和白光波段的成像觀測(cè)，其主要科學(xué)任務(wù)是觀測(cè)日冕物質(zhì)拋射和耀斑等劇烈的太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)，并為空間天氣預(yù)報(bào)提供內(nèi)日冕的觀測(cè)數(shù)據(jù)支持。LST載荷在萊曼阿爾法波段的觀測(cè)將填補(bǔ)國(guó)際上對(duì)該波段從全日面到內(nèi)日冕連續(xù)觀測(cè)的空白。
——硬X射線成像儀，窺探寧?kù)o面紗下的風(fēng)暴。HXI由3臺(tái)結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的單機(jī)組成：準(zhǔn)直器、量能器以及電控箱，它們可分別類(lèi)比于相機(jī)中的鏡頭、CCD和控制系統(tǒng)。HXI的主要科學(xué)目標(biāo)是在30keV～200keV能量段對(duì)太陽(yáng)耀斑的硬X射線輻射進(jìn)行能譜和成像觀測(cè)，是已知唯一一個(gè)在太陽(yáng)活動(dòng)第25周峰年期間提供地球視角觀測(cè)的太陽(yáng)高能成像儀器，對(duì)研究耀斑非熱輻射源的形成和演化機(jī)制以及粒子加速過(guò)程具有極為重要的意義。
“夸父一號(hào)”的軌道選擇也有“門(mén)道”。諸成說(shuō)：“選取720公里高的晨昏太陽(yáng)同步軌道，為硬X射線成像儀提供粒子背景比較低的良好環(huán)境，同時(shí)有利于降低大氣散射雜光對(duì)萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡的成像干擾。這個(gè)軌道全年只有約3個(gè)月存在較短地影，其他時(shí)間是全日照，可以連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行太陽(yáng)觀測(cè)。”
在太陽(yáng)物理研究中，作出更多原創(chuàng)性重大貢獻(xiàn)
“夸父一號(hào)”每天可以為科學(xué)家提供500GB科學(xué)數(shù)據(jù)，供科學(xué)家進(jìn)行太陽(yáng)物理學(xué)研究。“夸父一號(hào)”科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總師、中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員黎輝說(shuō)：“‘夸父一號(hào)’衛(wèi)星發(fā)射之后，將經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的在軌測(cè)試。測(cè)試正常后，會(huì)按照國(guó)際慣例，對(duì)全世界相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者，實(shí)時(shí)免費(fèi)開(kāi)放。”
國(guó)際上已有幾十顆專(zhuān)門(mén)或相關(guān)的太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星了，近年來(lái)，我國(guó)發(fā)射了中國(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)”，美國(guó)也發(fā)射了“帕克號(hào)”太陽(yáng)探測(cè)器，中國(guó)還有必要發(fā)射一個(gè)全新的太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星嗎?
甘為群的答案是：當(dāng)然需要!
甘為群解釋?zhuān)?ldquo;帕克號(hào)”是飛到太陽(yáng)附近進(jìn)行觀測(cè)的衛(wèi)星，“這也意味著會(huì)受到非常強(qiáng)烈的熱輻射，不能對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行直接的成像觀測(cè)。所以，‘帕克號(hào)’只能局地探測(cè)太陽(yáng)大氣中的粒子、磁場(chǎng)和太陽(yáng)風(fēng)等太陽(yáng)環(huán)境。而‘夸父一號(hào)’是直接‘看’太陽(yáng)，用遙測(cè)遙感的手段觀測(cè)太陽(yáng)，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行成像，與‘帕克號(hào)’在科學(xué)目標(biāo)上是不一致的，可以互為補(bǔ)充。”
而“羲和號(hào)”則是一顆科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，主要目標(biāo)是從技術(shù)上驗(yàn)證一種衛(wèi)星平臺(tái)——“雙超”平臺(tái)。甘為群介紹，“夸父一號(hào)”這顆衛(wèi)星是專(zhuān)門(mén)為太陽(yáng)觀測(cè)而提出的，是完全以科學(xué)目標(biāo)為牽引的空間科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃。所以這顆衛(wèi)星的提法是“空間科學(xué)衛(wèi)星”，這跟“羲和”是不一樣的。此外，“羲和號(hào)”和“夸父一號(hào)”在科學(xué)目標(biāo)、觀測(cè)對(duì)象、觀測(cè)波段等方面均不相同。
“據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年左右，中國(guó)在太陽(yáng)物理領(lǐng)域發(fā)表論文的總量已經(jīng)排在世界第二。但我們寫(xiě)論文所用的絕大部分觀測(cè)數(shù)據(jù)都是來(lái)自國(guó)際上的太陽(yáng)衛(wèi)星。”甘為群說(shuō)，“正是在這樣的背景下，我們?cè)?011年提出了先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星項(xiàng)目，如今，萬(wàn)事俱備，且看中國(guó)!”
光明日?qǐng)?bào)記者 齊芳
