昨晚，我國在太原衛星發射中心成功發射首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和号”，标志着我國進入了“探日”時代。“羲和号”的全稱是太陽Hα光譜探測與雙超平台科學技術試驗衛星，什麼是Hα？“雙超”又是什麼意思？這顆衛星能探測到太陽的哪些奧秘？解放日報·上觀新聞記者采訪了上海天文館網絡科普部部長施韡。

從三樓跳到二樓的輻射是Hα

Hα讀作“氫阿爾法”，是指氫原子的一條譜線，波長為656.281納米，位于可見光的紅光範圍内。什麼是氫原子譜線呢？施韡解釋說，根據原子的玻爾模型，電子并非在原子内的一條特定軌道上圍繞原子核運動，而是在能量呈量子化分布的“軌道”上運動。

所謂量子，是一個物理量不可分割的最小單位。某個物理量如果不能連續變化，隻能取一些分立的值，它就是量子化的。好比走樓梯，我們隻能登上一個台階，而不能登上半個。科學家發現，微觀世界的許多物理量是量子化的。如氫原子中電子的能量隻能取一個基本值——13.6電子伏特或者其1/4、1/9、1/16、1/25等，而不能取其2倍或1/2、1/3。

氫原子的原子核外存在無數能級，每個能級都能看作一條軌道，并且能級之間不連續、不均勻。雖然氫原子隻有一個電子，但它可以出現在任意一個能級，而且可以在能級之間躍遷。電子從能級“n=3”躍遷至“n=2”，釋放出特定能量的光，這就是Hα發射譜線。

電子從能級n=3躍遷至n=2，釋放出特定能量的光，這就是Hα發射譜線。（來源：維基百科）

“你可以把氫原子核外電子的軌道想象成一幢樓的各個樓層，地面就是原子核，每個樓層是一個能級，從下往上分别用n=1、n=2、n=3等等來标記。”施韡說，物理學家把從三樓及以上高度躍遷至二樓的電子所發出的譜線稱為“巴耳末系”（以物理學家約翰·巴耳末命名），其中從三樓跳到二樓的輻射稱為Hα，從四樓跳到二樓的稱為Hβ，從五樓跳到二樓的稱為Hγ，以此類推。

紅光Hα是可見光譜範圍内最亮的氫譜線。觀測這個波段的光，天文學家能了解太陽光球層、色球層的大氣特征以及日珥等大氣活動，分析太陽爆發時的大氣溫度、速度等物理量的變化，從而深入研究太陽爆發的動力學過程和物理機制。

Hα波段下的全日面像（攝影：Alan Friedman）

雙超平台技術應用前景廣闊

“羲和号”衛星采用超高指向精度、超高穩定度的“雙超”衛星平台設計，大幅提高了載荷姿态指向精度和姿态穩定度。

對此，施韡解釋說，衛星一般由平台和載荷組成。衛星平台負責整個衛星的系統服務和保障，包括控制、推進、熱控等系統。載荷就是執行科學任務的探測器，如CCD相機、粒子探測器、磁場計等。傳統的衛星設計将載荷與平台直接連接，載荷的指向性與穩定度完全依靠平台實現，然而平台好“動”，載荷好“靜”——衛星在軌道運行時，平台的微振動無法避免，而載荷需要始終精确指向目标，所以載荷的指向精度和穩定度總會受到平台振動的制約。

為解決這個矛盾，衛星研制團隊在設計上做了創新，将衛星平台分為兩個艙體——平台艙和載荷艙。平台艙包含結構分系統、綜合電子分系統、測控分系統、數傳分系統、電源分系統、姿軌控分系統、電浮控制分系統和艙間連接解鎖分系統，載荷艙包含載荷艙結構、載荷艙綜合電子和載荷。兩艙之間采用電浮控制，達到了“動靜隔離、主從協同”的效果。

雙超衛星載荷設計（來源：南京大學天文與空間科學學院）

利用這套“機身防抖”技術，載荷的指向性和穩定度較傳統衛星提升1—2個數量級，将使“羲和号”在太空“拍照”時更準更穩，獲得更高質量的圖像。

未來，雙超平台技術将在高分辨率對地詳查、大比例尺立體測繪、系外行星發現等航天任務中廣泛應用，有望推動我國空間科學技術實現跨越式發展。

欄目主編：黃海華 文字編輯：俞陶然 題圖來源：新華社

來源：作者：俞陶然

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