風雲三号E星發布首批高精度、多波段太陽圖像

風雲三号E星太陽光譜精細結構。國家衛星氣象中心供圖

9月2日，風雲三号E星（“黎明星”）首批高精度、多波段太陽圖像正式發布。

此次對外發布衛星觀測圖像的主題為“黎明星看太陽”，包括太陽X射線極紫外成像儀觀測的太陽極紫外圖像、多天動畫、X射線圖像以及太陽輻照度光譜儀觀測的紫外—短波紅外波段的精細光譜輻射強度。

國家衛星氣象中心副主任、風雲三号極軌氣象衛星地面系統總指揮張鵬表示，這批圖像展現了太陽日冕大氣中活動區和冕洞空間分布結構和變化，研究人員可據此更好地監測和預報太陽活動水平。

擺脫對國外資料的依賴

太陽是地球天氣氣候和空間環境變化的驅動源，外部結構分三層，從裡向外依次是光球層、色球層和日冕層。人們肉眼看到的是光球層，這一層較為熟知的現象有太陽黑子，而最直接影響地球環境的是日冕層，相關業務和科學觀測需求最為旺盛。

張鵬介紹，目前，我國太陽活動水平監測和預報主要是利用國外衛星資料為航天航空、通信導航、電網和石油管道等相關行業用戶提供空間天氣服務保障。

風雲三号E星于2021年7月5日成功發射，是全球首顆太陽同步晨昏軌道民用業務氣象衛星，搭載了11台套遙感儀器。其中，“黎明星”裝載的太陽X射線極紫外成像儀、太陽輻照度光譜議等6台儀器可用于空間天氣業務，開展空間天氣監測。

太陽X射線極紫外成像儀是我國第一台空間太陽望遠鏡，也是國際上首台具有X射線和極紫外兩個波段的太陽成像儀。其觀測數據用于監測太陽日冕活動，捕捉太陽風暴爆發過程，預報地球空間電磁場和帶電粒子變化，預警太陽活動對航天航空、通信導航、電網和石油管道等基礎設施的影響。

太陽輻照度光譜儀是我國第一台空間對日全能譜高光譜觀測儀器，可以監測太陽入射地球的能量微小變化，包含豐富的太陽光譜精細結構，對精密監測地球氣候系統能量變化具有重要意義。

張鵬表示，“黎明星”太陽X射線極紫外成像儀等投入業務運行後，可為當前我國太陽活動水平監測和預報業務提供自主可控的觀測數據，擺脫對國外資料的依賴。

此外，觀測資料還可為我國第一代空間天氣數值預報模式提供研發和檢驗的數據支撐，觀測資料也可以為太陽物理研究、深化對太陽風暴機理和過程的理解和認識提供重要觀測數據。

太陽到底什麼樣

從此次發布的太陽極紫外圖像上可以看到，太陽活動區蘊含着巨大的磁場能量，它們在圖像上呈現為明亮的區域，活動區上方等離子體溫度高達數百萬攝氏度，當活動區中蘊含的磁能釋放出來時，會産生耀斑等太陽爆發現象。

“耀斑猶如太陽大氣中的‘猛烈風暴’，可在短時間内釋放出多達1025焦耳的能量，在極紫外圖像上表現為非常明亮的斑塊。”張鵬解釋，耀斑會擾動地球空間環境，影響人造衛星的正常運行，幹擾載人航天活動。

由太陽極紫外圖像做成的動畫展示了日冕在數天之内的變化。冕洞在太陽極紫外圖像上好像一個黑黢黢的洞穴，是日冕中溫度較低、密度較低的區域。“來自冕洞的高速太陽風如果吹拂到地球，會擾動我們的地磁場，有時會帶來地磁暴和絢麗的極光。”張鵬說。

由于X射線比極紫外波長更短，因此，太陽X射線圖像看到的是太陽活動區内溫度更高、顯示更亮的日冕氣體。

“地面設備難以觀測太陽日冕層發生的活動，而極紫外波段可以看到日冕層中的活動區和冕洞等主要結構，X射線可以看到更亮的日冕氣體。”張鵬告訴《中國科學報》，将不同波段結合起來，可以實現對太陽爆發現象全面有效的監測。

“我們還在太陽極紫外圖像上疊加了入射到地球大氣層頂的太陽光譜精細結構，這是我國首次從空間對日觀測獲得的全光譜數據，可以清晰地看到豐富的太陽夫朗和斐譜線及其精細結構。”張鵬表示，太陽光譜數以萬計的吸收線和發射線，是一個極為豐富的太陽信息寶藏。

太陽“體檢”護地球“健康”

空間天氣和人們生活息息相關。國家空間天氣預報台台長張效信對《中國科學報》表示，來自太陽的爆發現象會影響地球的磁場和電離層，幹擾人造衛星運行、影響導航定位精度、中斷無線電通信，甚至可能引起電網故障而導緻大範圍停電。因此，對太陽活動進行時刻監測至關重要。

“實時監測太陽活動是實時發布空間天氣現報、警報與預報的重要基礎。一方面，太陽活動影響地球的空間環境，另一方面，它還影響着地球的天氣氣候系統，因為太陽是我們主要的能量來源。”張效信說。

“黎明星”裝載的太陽X射線極紫外成像儀、太陽輻照度光譜儀等設備，能從光譜、成像、輻射總量等不同視角對太陽進行全方位同步觀測，實現了太陽光譜信息全覆蓋，可以幫助科學家更深入了解太陽的物理狀态。

對太陽進行監測可以看作給太陽做“體檢”，監測的通道越多、覆蓋的光譜信息越全面，能做的“體檢”項目就越多。“‘黎明星’既可以給太陽做‘X光’，又能做‘CT掃描’，這樣我們對太陽的‘身體’情況就會了解得更全面，出現問題及時預報預警。”張鵬告訴《中國科學報》。

據悉，“黎明星”首批圖像系國家衛星氣象中心與中科院國家天文台、北京大學等團隊聯合攻關的成果。除衛星相關業務應用，“黎明星”将繼續為國内科研部門提供科學觀測數據。辛雨

來源： 《中國科學報》

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