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　中國古代與“嫦娥奔月”齊名的“夸父逐日”神話故事，如今也在神州天地間成為現(xiàn)實——10月9日7時43分，中國綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”(先進天基太陽天文臺，英文簡稱ASO-S)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，正式開啟了“逐日”的征程。這位“探秘者”有什么本領(lǐng)？衛(wèi)星載荷有何特色優(yōu)勢？科學目標有哪些？如何實施“逐日”探測？

　　1.為什么一定要“夸父”逐日？

　　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。太陽壽命大致為100億年，目前正處于壯年期。太陽直徑達139萬公里，是地球的107倍，質(zhì)量是地球的33萬倍，占整個太陽系總質(zhì)量的99.87%。太陽對地球演化和人類文明發(fā)展的作用是不可或缺的，同時，太陽對地球的影響也是無所不在。

　　有人疑問，國際上已有70多顆太陽探測專用衛(wèi)星或相關(guān)衛(wèi)星，且中國在太陽物理地面設(shè)施和包括發(fā)表學術(shù)論文的研究方面已位居世界前列，為什么還要自主研制太陽探測專門衛(wèi)星？

　　“夸父一號”衛(wèi)星首席科學家、中科院紫金山天文臺甘為群研究員指出，中國科學家發(fā)表研究論文所用的絕大部分觀測數(shù)據(jù)，都是來自國際上太陽衛(wèi)星共享的資料、軟件、數(shù)據(jù)。“作為一個科研工作者，作為中國的太陽物理學家，你覺得你是世界領(lǐng)先的嗎？正是在這樣的背景下，我們一定要發(fā)射自己的(太陽探測)科學衛(wèi)星”。從這個角度來講，提出研制發(fā)射“夸父一號”衛(wèi)星計劃，就是強調(diào)中國要在國際上對太陽物理研究數(shù)據(jù)源頭作出重要貢獻。

　　他說，先進天基太陽天文臺先后經(jīng)歷預(yù)先研究、背景型號、綜合立項論證等程序，于2017年底獲得工程立項批復(fù)，又經(jīng)過5年的工程研制，突破諸多關(guān)鍵技術(shù)并克服疫情等重重困難，現(xiàn)在終于成功發(fā)射升空，“所以我們把‘夸父一號’定義為開啟了中國綜合性太陽觀測的新時代”。作為中國的綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，“夸父一號”將實現(xiàn)中國太陽衛(wèi)星探測跨越式突破。

　　2.這個“夸父”有啥本領(lǐng)？

　　據(jù)了解，“夸父一號”衛(wèi)星設(shè)計壽命4年，它有哪些創(chuàng)新？對此，甘為群總結(jié)為“三個首次”：一是國際上首次以“一磁兩暴”作為衛(wèi)星的科學目標并且配置相應(yīng)的載荷組合，而為了實現(xiàn)這一科學目標，“夸父一號”衛(wèi)星上搭載有全日面矢量磁像儀(FMG)、萊曼阿爾法太陽望遠鏡(LST)和硬X射線成像儀(HXI)3個各具特色的有效載荷，分別觀測太陽磁場、日冕物質(zhì)拋射和太陽耀斑；二是國際上首次在一顆近地衛(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)拋射的日面形成和近日面?zhèn)鞑ネ瑫r進行觀測；三是國際上首次在萊曼阿爾法譜線波段實現(xiàn)全日面和近日冕無縫同時成像觀測。

　　空間“預(yù)警員”

　　“‘夸父一號’的核心科學目標是‘一磁兩暴’，即太陽磁場，以及太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。”甘為群說，將利用太陽活動第25周峰年（預(yù)期在2024年到2026年左右）的契機，觀測、研究“一磁兩暴”的形成、相互作用及彼此關(guān)聯(lián)。這樣的設(shè)計，既是為了更深入地研究太陽的核心物理現(xiàn)象，也是為了給人類當好“預(yù)警員”。“夸父一號”依靠多個波段的探測，可以較為連續(xù)地觀測、追蹤太陽爆發(fā)的全過程，為影響人類航天、導航等高科技活動的空間災(zāi)害性天氣預(yù)報提供支持。

　　磁場“偵察家”

　　磁場被稱為太陽物理中的“第一觀測量”，大部分的太陽活動直接受太陽磁場的支配。如果把指南針放在太陽上，會出現(xiàn)十分奇特的現(xiàn)象：在不同區(qū)域，指南針指向不同；即便同一區(qū)域，不同時間指南針的指向也不相同。之所以這樣，是因為太陽磁場遠比地球磁場復(fù)雜得多。“在太陽爆發(fā)時，‘夸父一號’上搭載的全日面矢量磁像儀，每18分鐘就可以對全日面磁場進行一次高精度成像，有助于完整、準確地記錄下太陽磁場的變化，進而偵察、破解太陽能量釋放的一系列奧秘。”全日面矢量磁像儀載荷主任設(shè)計師章海鷹說。

　　觀察“多面手”

　　當我們想象太陽，腦海中總會浮現(xiàn)出一個黃色的耀眼球體。實際上，太陽的“面貌”要豐富得多，它會釋放所有波長的光。除了可以被人眼看見的可見光，還有波長更短的伽馬射線、X射線、紫外線，以及波長更長的紅外線、射電波等。

　　要看清太陽的“真面目”，需要借助不同波段的望遠鏡。“夸父一號”就是一個觀察太陽的多面手，它搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡和太陽硬X射線成像儀，可以從紫外線、可見光和X射線波段觀測太陽。太陽硬X射線成像儀像是一個精密“復(fù)眼”，可以精準捕捉來自太陽的X射線信息；萊曼阿爾法太陽望遠鏡可以同時觀測全日面和2.5個太陽半徑內(nèi)的近日冕處萊曼阿爾法光。

　　科研“工作狂”

　　從地球上看，太陽東升西落，大約只有一半的“露臉”時間。而飛行在約720公里高的太陽同步晨昏軌道上的“夸父一號”，全年有96%以上的時間處于工作狀態(tài)，是個實打?qū)嵉?ldquo;工作狂”。

　　通常情況下，星上載荷每幾秒至幾分鐘成像一次，在太陽爆發(fā)期，能變?yōu)?秒內(nèi)成像1次，詳細記錄下太陽活動的整個過程。甘為群介紹，“夸父一號”在全年的絕大部分時間可以24小時不間斷對日觀測。僅僅在每年5至8月，每天會有短暫時間進入地球的陰影，“休息”最長的一天也不超過18分鐘。

　　數(shù)據(jù)量“大師”

　　“夸父一號”總重約859公斤，在太陽探測衛(wèi)星中體型“中等”，但它是個吞吐數(shù)據(jù)的“大胃王”。“每天，它將積累和回傳約500GB數(shù)據(jù)，相當于向地球發(fā)送幾萬幅太陽的‘高清大圖’。”衛(wèi)星科學應(yīng)用系統(tǒng)副總師黃宇說，如果算上處理和加工，每天產(chǎn)出的數(shù)據(jù)將“塞滿”一臺家用電腦的硬盤，這在全球的太陽探測衛(wèi)星中也屬于“第一梯隊”。

　　這些數(shù)據(jù)被接收、還原后，將被打包發(fā)送到位于中科院紫金山天文臺的衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析中心。未來4年衛(wèi)星在軌積累的數(shù)據(jù)將存儲在這里，并由科研人員“翻譯”成為可供科學研究的圖像和資料。

　　3.“夸父”和“羲和”有何不同？

　　中國最新成功發(fā)射的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星，與美國2018年發(fā)射的“帕克號”太陽探測衛(wèi)星，以及中國2021年發(fā)射的太陽探測科學技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”，這三者之間有何關(guān)聯(lián)與區(qū)別？甘為群指出，“夸父一號”和“帕克號”科學目標不一樣，兩者是互補關(guān)系；“羲和號”是一顆科學試驗衛(wèi)星，而“夸父一號”則是專門為太陽觀測研制的空間科學衛(wèi)星。

　　他說，“帕克號”是美國主導的、歷史上是第一次飛到太陽附近進行觀測的衛(wèi)星，其軌道是個大的橢圓，最近的近日點可以達到10個太陽半徑左右，這意味著它受到太陽的熱非常強，不可能面對太陽來進行觀測，只能在前面加上厚厚的防熱罩，所以這顆非常先進的衛(wèi)星只能探測到太陽附近粒子、磁場這些環(huán)境，不能直接“看”太陽。而“夸父一號”衛(wèi)星是直接“看”太陽，通過遙測遙感手段觀測太陽，對太陽進行成像。“帕克號”的科學目標主要是針對太陽風和太陽周圍環(huán)境，“夸父一號”科學目標是“一磁兩暴”，直接“看”太陽，所以兩顆衛(wèi)星科學目標不一樣，它們完全是互補關(guān)系。

　　中國“羲和號”衛(wèi)星于2019年6月立項，是一顆太陽探測科學技術(shù)試驗衛(wèi)星，主要是從技術(shù)上驗證一種名為“雙超”的衛(wèi)星平臺，旨在通過高精度指向和指向的穩(wěn)定度這兩個指標做一個試驗。“羲和號”搭載的望遠鏡是氫阿爾法(Hα)波段，其在地面上也可以觀測，但是放在太空中有非常大的好處，它可以連續(xù)對太陽進行觀測，還可以克服地球大氣抖動等等帶來的一系列問題，可在短時間內(nèi)光譜掃描全日面，在掃描的波長范圍里每一個光譜點都可以進行成像，從而對太陽整個色球大氣動力學進行非常好的“診斷”，開展相關(guān)研究。

　　甘為群表示，“夸父一號”衛(wèi)星不僅在“一磁兩暴”科學目標、有效載荷觀測波段、觀測對象等方面與“羲和號”衛(wèi)星完全不一樣，而且“夸父一號”是專門為太陽觀測而提出、完全以科學目標為牽引的空間科學衛(wèi)星。 綜合新華社、央視等