夸父逐日，是無數(shù)中國人自幼耳熟能詳?shù)纳裨�。今天，神話正在變成現(xiàn)實(shí)——中國綜合性太陽探測衛(wèi)星先進(jìn)天基太陽天文臺“夸父一號”正在試圖揭開太陽的神秘面紗!
“自20世紀(jì)60年代以來，世界空間大國已經(jīng)先后發(fā)射了六七十顆太陽探測相關(guān)衛(wèi)星，而我國在太陽探測專用衛(wèi)星方面一直缺席。雖然我國太陽物理科學(xué)論文排名世界前列，但我們真不好意思說自己在太陽物理方面已經(jīng)走在國際前沿。”“夸父一號”首席科學(xué)家、中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員甘為群說，“如今，我們可以自豪地說‘夸父一號’將實(shí)現(xiàn)我國太陽衛(wèi)星探測跨越式突破!我們將為太陽研究作出更多原創(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)“國際首次”瞄準(zhǔn)太陽“一磁兩暴”
大約46億年前，在距離銀河系中心約2.6萬光年之處的螺旋臂上，一團(tuán)分子云開始在自身的引力作用下坍縮，逐漸形成了太陽。太陽是我們的“母星”，地球上的一切生產(chǎn)生活都與太陽息息相關(guān)，但它偶爾爆發(fā)的“小脾氣”也會給我們帶來阻礙——太陽風(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)，從而影響人類活動(dòng)。
太陽活動(dòng)呈周期性變化，周期平均為11年，太陽黑子數(shù)量達(dá)到最多的年份，稱為太陽活動(dòng)峰年，是太陽活動(dòng)最劇烈的時(shí)候。據(jù)科學(xué)家們預(yù)測，2024年到2025年左右，將是太陽活動(dòng)的第25周峰年。甘為群說：“我們選擇在這個(gè)時(shí)間發(fā)射‘夸父一號’，就是為了更好地了解太陽。它的設(shè)計(jì)壽命不少于4年，可以基本覆蓋太陽峰年的極大期，這對我們的科學(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”的科學(xué)目標(biāo)是“一磁兩暴”。甘為群說：“這個(gè)詞是專門為這顆衛(wèi)星提出來的，‘磁’就是磁場，‘兩暴’就是太陽上兩類最劇烈的爆發(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，即磁場與耀斑的關(guān)系，磁場與日冕物質(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”作出了很多原始創(chuàng)新。甘為群將其總結(jié)為三個(gè)國際首次：國際上首次以“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;國際上首次在一顆近地衛(wèi)星上，對全日面矢量磁場、太陽耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成和近日冕傳播同時(shí)進(jìn)行觀測;國際上首次在萊曼阿爾法譜線波段實(shí)現(xiàn)全日面和近日冕無縫同時(shí)成像觀測。
三大載荷“無間斷”觀測太陽
“夸父一號”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”本領(lǐng)高強(qiáng)：全日面矢量磁像儀(FMG)、萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡(LST)和硬X射線成像儀(HXI)，它們分別觀測太陽磁場、日冕物質(zhì)拋射和太陽耀斑。
“每一臺儀器都有自己的特色。”“夸父一號”衛(wèi)星系統(tǒng)總師，中國科學(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，追蹤太陽活動(dòng)的源頭。FMG的測量目標(biāo)是太陽光球磁場，其獲得的矢量磁場數(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)提供觀測基礎(chǔ)。
——萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡，太陽觀測的新窗口。LST載荷由三臺儀器組成，其將對太陽全日面和近日冕進(jìn)行萊曼阿爾法和白光波段的成像觀測，其主要科學(xué)任務(wù)是觀測日冕物質(zhì)拋射和耀斑等劇烈的太陽爆發(fā)活動(dòng)，并為空間天氣預(yù)報(bào)提供內(nèi)日冕的觀測數(shù)據(jù)支持。LST載荷在萊曼阿爾法波段的觀測將填補(bǔ)國際上對該波段從全日面到內(nèi)日冕連續(xù)觀測的空白。
——硬X射線成像儀，窺探寧靜面紗下的風(fēng)暴。HXI由3臺結(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能量段對太陽耀斑的硬X射線輻射進(jìn)行能譜和成像觀測，是已知唯一一個(gè)在太陽活動(dòng)第25周峰年期間提供地球視角觀測的太陽高能成像儀器，對研究耀斑非熱輻射源的形成和演化機(jī)制以及粒子加速過程具有極為重要的意義。
“夸父一號”的軌道選擇也有“門道”。諸成說：“選取720公里高的晨昏太陽同步軌道，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萊曼阿爾法太陽望遠(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)長時(shí)間進(jìn)行太陽觀測。”
在太陽物理研究中，作出更多原創(chuàng)性重大貢獻(xiàn)
“夸父一號”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)行太陽物理學(xué)研究。“夸父一號”科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總師、中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員黎輝說：“‘夸父一號’衛(wèi)星發(fā)射之后，將經(jīng)過一段時(shí)間的在軌測試。測試正常后，會按照國際慣例，對全世界相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者，實(shí)時(shí)免費(fèi)開放。”
國際上已有幾十顆專門或相關(guān)的太陽探測衛(wèi)星了，近年來，我國發(fā)射了中國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號”，美國也發(fā)射了“帕克號”太陽探測器，中國還有必要發(fā)射一個(gè)全新的太陽探測衛(wèi)星嗎?
甘為群的答案是：當(dāng)然需要!
甘為群解釋，“帕克號”是飛到太陽附近進(jìn)行觀測的衛(wèi)星，“這也意味著會受到非常強(qiáng)烈的熱輻射，不能對太陽進(jìn)行直接的成像觀測。所以，‘帕克號’只能局地探測太陽大氣中的粒子、磁場和太陽風(fēng)等太陽環(huán)境。而‘夸父一號’是直接‘看’太陽，用遙測遙感的手段觀測太陽，對太陽進(jìn)行成像，與‘帕克號’在科學(xué)目標(biāo)上是不一致的，可以互為補(bǔ)充。”
而“羲和號”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——“雙超”平臺。甘為群介紹，“夸父一號”這顆衛(wèi)星是專門為太陽觀測而提出的，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”和“夸父一號”在科學(xué)目標(biāo)、觀測對象、觀測波段等方面均不相同。
“據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年左右，中國在太陽物理領(lǐng)域發(fā)表論文的總量已經(jīng)排在世界第二。但我們寫論文所用的絕大部分觀測數(shù)據(jù)都是來自國際上的太陽衛(wèi)星。”甘為群說，“正是在這樣的背景下，我們在2011年提出了先進(jìn)天基太陽天文臺衛(wèi)星項(xiàng)目，如今，萬事俱備，且看中國!”
光明日報(bào)記者 齊芳
