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零點猜想 頂級成果

“探日”零的突破

光明日報記者 陳海波 袁于飛

8月30日，我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和号”成果正式發布。這些探日成果，以太陽科學探測和新型衛星技術為主，創下5個國際首次。

“實現了我國空間太陽探測成果零的突破，标志着我國正式步入自主‘探日’時代。”高分專項工程總設計師兼副總指揮、國家航天局對地觀測與數據中心主任趙堅如此形容。

五個國際首次

“羲和号”的學名，叫作太陽Hα（氫阿爾法）光譜探測與雙超平台科學技術試驗衛星，于2021年10月14日發射升空，運行于平均高度為517公裡的太陽同步軌道，主要科學載荷為太陽Hα成像光譜儀。

近一年來，國家航天局組織航天科技集團、南京大學等工程任務團隊，開展衛星平台超高指向精度、超高穩定度技術試驗300餘次，太陽光譜成像1000餘次，圓滿完成了“羲和号”在軌測試和試驗工作。這些努力，取得了重要成果，其中5項為國際首次。

作為我國首位太陽專屬“攝影師”，“羲和号”在太陽科學探測方面成功實現兩個“國際首次”：國際首次空間太陽Hα波段光譜掃描成像，國際首次在軌獲取太陽Hα譜線、SiΙ（矽一）譜線和FeΙ（鐵一）譜線的精細結構。

“根據這些譜線的精細結構，可反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度場，發生在太陽大氣中的活動可被詳細記錄到，進而研究太陽活動的物理過程。”趙堅說。

除了太陽科學探測，“羲和号”在新型衛星技術試驗方面取得3個“國際首次”成果：實現國際首次主從協同非接觸“雙超”（超高指向精度、超高穩定度）衛星平台技術在軌性能驗證及工程應用；實現國際首台太陽空間Hα成像光譜儀在軌應用；實現國際首台原子鑒頻太陽測速導航儀在軌驗證。

“羲和号”衛星系統總指揮陳建新解釋，在太空中，衛星載荷一次微小的振動，都會使得成像效果失之毫厘、謬之千裡。“雙超”衛星平台打破傳統衛星平台微振動“難測、難控”的技術瓶頸，采用磁浮控制技術，将平台與載荷的物理接觸徹底隔絕，确保載荷成像不受平台擾動的影響，讓其拍照“更穩、更準”，将我國衛星平台的姿态控制水平提升了1至2個數量級，達到國際先進水平。

未來，“雙超”平台技術将在高分辨率遙感、太陽立體探測、系外行星發現等新一代航天任務中得到推廣應用，推動我國空間技術的跨越式發展。

給太陽做深度“CT”掃描

在五個國際首次中，Hα波段光譜掃描成像特别值得關注。

對太陽物理研究而言，太陽Hα譜線十分重要。它是光子與氫原子相互作用後電子能級躍遷産生的譜線之一，是太陽爆發時響應最強的色球譜線，能夠直接反映爆發的源區特征。對這條譜線開展探測，可以大大提高我們對太陽爆發物理機制的認識。

太陽大氣從裡向外，可分為光球層、色球層和日冕層。與以往太陽探測衛星主要通過紫外和X射線對太陽高層大氣日冕層進行觀測不同，“羲和号”衛星配備的太陽空間Hα成像光譜儀，專門觀測太陽低層大氣光球和色球，從而全面了解太陽活動的演化過程和物理機制。

“‘羲和号’衛星在軌開展的相關試驗，是國際上第一次在太空進行Hα譜線研究。”趙堅說，此前，人類隻能在地球上探測太陽Hα譜線，但由于受大氣幹擾，探測數據不連續、不穩定。

據“羲和号”衛星首席科學家丁明德介紹，“羲和号”可以在46秒内掃描全日面，獲得約1600萬個點的光譜信息，這是以往太陽觀測從未實現的。通過一次掃描可獲得376個波長位置的太陽圖像，不同波長對應了光球和色球不同的大氣層次，相當于給太陽低層大氣做了一次深度“CT”掃描。

通過深度“CT”掃描，獲得精細的色球和光球二維光譜數據，可以更加準确地獲得太陽爆發時大氣溫度、速度等物理量的變化，進而建立太陽爆發從光球到日冕的能量積累、釋放、傳輸的完整物理模型。這對研究太陽爆發的動力學過程及物理機制提供關鍵依據，對太陽低層大氣和太陽爆發的觀測具有重要意義。

目前，“羲和号”每天都在按照既定任務計劃開展科學觀測，已經觀測到了近百個太陽爆發活動，相關研究工作正在開展。

全球進入太陽研究新的高峰期

為什麼要探日？

作為太陽系的中心天體，太陽對地球的影響無所不在。

“太陽爆發産生大量帶電高能粒子，對地球電磁環境造成嚴重破壞，其中尤以太陽黑子、耀斑和日冕物質抛射對地球電磁環境影響最為顯著。”趙堅解釋，強耀斑和日冕物質抛射等太陽活動幹擾通信和導航、威脅航天員的健康，甚至毀壞航天器，對太陽活動的觀測和研究不僅具有重要的科學意義，更具有巨大的應用價值。此外，通過對太陽的探測，人類可以深入了解天體磁場的起源和演化、高能粒子的加速和傳播等重要物理過程，對天體物理學研究具有重要意義。

人類對太陽的觀測和研究已有400多年曆史，但對太陽的科學認識仍然很不夠。自20世紀60年代以來，随着航天技術的快速發展，全世界已發射了70多顆太陽觀測衛星，聚焦太陽黑子、耀斑和日冕物質抛射等的觀測和研究。

“太陽活動周期約11年，2021年至2022年是人類有記錄以來第25個太陽活動周期的開始，全世界又進入太陽研究新的高峰期。探測和研究太陽活動，提出應對措施，可以降低或規避對地球的不利影響。”趙堅說。

“羲和号”科學數據向全球開放共享

“羲和号”的成功發射和在軌應用，讓我們的科學家可以“站高望遠”，也更加自主。

趙堅告訴記者，國際太陽探測發展變化很快，我國在太陽觀測領域發表論文數量已居世界第二位，但是使用的數據均來自國外衛星數據。

“‘羲和号’打破了我們在此領域的被動局面。”趙堅說。

自主的同時，我們還要開放——“羲和号”的科學數據向全球開放共享。

目前，國家航天局牽頭成立了衛星數據科學委員會，制定了數據政策，供國内外科學家研究、使用、共享衛星探測數據。“力争産生更多的原創性科學成果，為人類科學事業作出中國貢獻。”趙堅說。

《光明日報》（ 2022年08月31日08版）

來源： 光明網-《光明日報》

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