神话照进现实 『夸父』逐日 航天探寻 永不止步

我国综合性太阳探测卫星『夸父一号』发射成功

将以『一磁两暴』为科学目标开展观测

上古神话中的『夸父』

承载了人类最原始的

探寻自然的渴望

千百年来我们始终仰望

『与日逐走』的浪漫和坚韧

也被一代代传承着

一梦五千年 逐日再启程

『夸父一号』奔向的不只是太阳

更是中国航天的执着理想

征途虽远

也远不过永不止步

意义

从立项获批到发射升空历时5年

开启了中国综合性太阳观测的新时代

硬件

搭载的磁像仪、望远镜和成像仪在技术上实现三个『首次』

任务

通过遥测遥感手段观测『一磁两暴』

即太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射

价值

侦查、破解太阳能量释放的奥秘

当好空间灾害性天气『预报员』

■昨晨我国成功发射『夸父一号』综合性太阳探测卫星

■在约720公里高的太阳同步 晨昏轨道上对日观测

■卫星首席科学家解读关于『夸父』的三大疑问

中国古代与“嫦娥奔月”齐名的“夸父逐日”神话故事，如今也在神州天地间成为现实——10月9日7时43分，中国综合性太阳探测卫星“夸父一号”(先进天基太阳天文台，英文简称ASO-S)在酒泉卫星发射中心成功发射升空，正式开启了“逐日”的征程。这位“探秘者”有什么本领？卫星载荷有何特色优势？科学目标有哪些？如何实施“逐日”探测？

1.为什么一定要“夸父”逐日？

太阳是太阳系中最大的天体，距离地球约1.5亿公里（一个天文单位），是离地球最近、与人类关系最密切的恒星。太阳寿命大致为100亿年，目前正处于壮年期。太阳直径达139万公里，是地球的107倍，质量是地球的33万倍，占整个太阳系总质量的99.87%。太阳对地球演化和人类文明发展的作用是不可或缺的，同时，太阳对地球的影响也是无所不在。

有人疑问，国际上已有70多颗太阳探测专用卫星或相关卫星，且中国在太阳物理地面设施和包括发表学术论文的研究方面已位居世界前列，为什么还要自主研制太阳探测专门卫星？

“夸父一号”卫星首席科学家、中科院紫金山天文台甘为群研究员指出，中国科学家发表研究论文所用的绝大部分观测数据，都是来自国际上太阳卫星共享的资料、软件、数据。“作为一个科研工作者，作为中国的太阳物理学家，你觉得你是世界领先的吗？正是在这样的背景下，我们一定要发射自己的(太阳探测)科学卫星”。从这个角度来讲，提出研制发射“夸父一号”卫星计划，就是强调中国要在国际上对太阳物理研究数据源头作出重要贡献。

他说，先进天基太阳天文台先后经历预先研究、背景型号、综合立项论证等程序，于2017年底获得工程立项批复，又经过5年的工程研制，突破诸多关键技术并克服疫情等重重困难，现在终于成功发射升空，“所以我们把‘夸父一号’定义为开启了中国综合性太阳观测的新时代”。作为中国的综合性太阳探测专用卫星，“夸父一号”将实现中国太阳卫星探测跨越式突破。

2.这个“夸父”有啥本领？

据了解，“夸父一号”卫星设计寿命4年，它有哪些创新？对此，甘为群总结为“三个首次”：一是国际上首次以“一磁两暴”作为卫星的科学目标并且配置相应的载荷组合，而为了实现这一科学目标，“夸父一号”卫星上搭载有全日面矢量磁像仪(FMG)、莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)和硬X射线成像仪(HXI)3个各具特色的有效载荷，分别观测太阳磁场、日冕物质抛射和太阳耀斑；二是国际上首次在一颗近地卫星平台上，对全日面矢量磁场、太阳耀斑非热辐射成像、日冕物质抛射的日面形成和近日面传播同时进行观测；三是国际上首次在莱曼阿尔法谱线波段实现全日面和近日冕无缝同时成像观测。

空间“预警员”

“‘夸父一号’的核心科学目标是‘一磁两暴’，即太阳磁场，以及太阳上两类最剧烈的爆发现象——太阳耀斑和日冕物质抛射。”甘为群说，将利用太阳活动第25周峰年（预期在2024年到2026年左右）的契机，观测、研究“一磁两暴”的形成、相互作用及彼此关联。这样的设计，既是为了更深入地研究太阳的核心物理现象，也是为了给人类当好“预警员”。“夸父一号”依靠多个波段的探测，可以较为连续地观测、追踪太阳爆发的全过程，为影响人类航天、导航等高科技活动的空间灾害性天气预报提供支持。

磁场“侦察家”

磁场被称为太阳物理中的“第一观测量”，大部分的太阳活动直接受太阳磁场的支配。如果把指南针放在太阳上，会出现十分奇特的现象：在不同区域，指南针指向不同；即便同一区域，不同时间指南针的指向也不相同。之所以这样，是因为太阳磁场远比地球磁场复杂得多。“在太阳爆发时，‘夸父一号’上搭载的全日面矢量磁像仪，每18分钟就可以对全日面磁场进行一次高精度成像，有助于完整、准确地记录下太阳磁场的变化，进而侦察、破解太阳能量释放的一系列奥秘。”全日面矢量磁像仪载荷主任设计师章海鹰说。

观察“多面手”

当我们想象太阳，脑海中总会浮现出一个黄色的耀眼球体。实际上，太阳的“面貌”要丰富得多，它会释放所有波长的光。除了可以被人眼看见的可见光，还有波长更短的伽马射线、X射线、紫外线，以及波长更长的红外线、射电波等。

要看清太阳的“真面目”，需要借助不同波段的望远镜。“夸父一号”就是一个观察太阳的多面手，它搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X射线成像仪，可以从紫外线、可见光和X射线波段观测太阳。太阳硬X射线成像仪像是一个精密“复眼”，可以精准捕捉来自太阳的X射线信息；莱曼阿尔法太阳望远镜可以同时观测全日面和2.5个太阳半径内的近日冕处莱曼阿尔法光。

科研“工作狂”

从地球上看，太阳东升西落，大约只有一半的“露脸”时间。而飞行在约720公里高的太阳同步晨昏轨道上的“夸父一号”，全年有96%以上的时间处于工作状态，是个实打实的“工作狂”。

通常情况下，星上载荷每几秒至几分钟成像一次，在太阳爆发期，能变为1秒内成像1次，详细记录下太阳活动的整个过程。甘为群介绍，“夸父一号”在全年的绝大部分时间可以24小时不间断对日观测。仅仅在每年5至8月，每天会有短暂时间进入地球的阴影，“休息”最长的一天也不超过18分钟。

数据量“大师”

“夸父一号”总重约859公斤，在太阳探测卫星中体型“中等”，但它是个吞吐数据的“大胃王”。“每天，它将积累和回传约500GB数据，相当于向地球发送几万幅太阳的‘高清大图’。”卫星科学应用系统副总师黄宇说，如果算上处理和加工，每天产出的数据将“塞满”一台家用电脑的硬盘，这在全球的太阳探测卫星中也属于“第一梯队”。

这些数据被接收、还原后，将被打包发送到位于中科院紫金山天文台的卫星数据分析中心。未来4年卫星在轨积累的数据将存储在这里，并由科研人员“翻译”成为可供科学研究的图像和资料。

3.“夸父”和“羲和”有何不同？

中国最新成功发射的“夸父一号”太阳探测卫星，与美国2018年发射的“帕克号”太阳探测卫星，以及中国2021年发射的太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，这三者之间有何关联与区别？甘为群指出，“夸父一号”和“帕克号”科学目标不一样，两者是互补关系；“羲和号”是一颗科学试验卫星，而“夸父一号”则是专门为太阳观测研制的空间科学卫星。

他说，“帕克号”是美国主导的、历史上是第一次飞到太阳附近进行观测的卫星，其轨道是个大的椭圆，最近的近日点可以达到10个太阳半径左右，这意味着它受到太阳的热非常强，不可能面对太阳来进行观测，只能在前面加上厚厚的防热罩，所以这颗非常先进的卫星只能探测到太阳附近粒子、磁场这些环境，不能直接“看”太阳。而“夸父一号”卫星是直接“看”太阳，通过遥测遥感手段观测太阳，对太阳进行成像。“帕克号”的科学目标主要是针对太阳风和太阳周围环境，“夸父一号”科学目标是“一磁两暴”，直接“看”太阳，所以两颗卫星科学目标不一样，它们完全是互补关系。

中国“羲和号”卫星于2019年6月立项，是一颗太阳探测科学技术试验卫星，主要是从技术上验证一种名为“双超”的卫星平台，旨在通过高精度指向和指向的稳定度这两个指标做一个试验。“羲和号”搭载的望远镜是氢阿尔法(Hα)波段，其在地面上也可以观测，但是放在太空中有非常大的好处，它可以连续对太阳进行观测，还可以克服地球大气抖动等等带来的一系列问题，可在短时间内光谱扫描全日面，在扫描的波长范围里每一个光谱点都可以进行成像，从而对太阳整个色球大气动力学进行非常好的“诊断”，开展相关研究。

甘为群表示，“夸父一号”卫星不仅在“一磁两暴”科学目标、有效载荷观测波段、观测对象等方面与“羲和号”卫星完全不一样，而且“夸父一号”是专门为太阳观测而提出、完全以科学目标为牵引的空间科学卫星。 综合新华社、央视等