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太陽探測可以提高太陽物理研究和空間天氣預(yù)報(bào)能力，引領(lǐng)空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用水平的提升，并為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供服務(wù)，是國際空間探測活動的熱點(diǎn)。

2021年10月14日，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運(yùn)載火箭，成功發(fā)射首顆太陽探測衛(wèi)星“羲和號”?！棒撕吞枴笔俏覈讉€空間太陽探測器，標(biāo)志我國進(jìn)入“探日時(shí)代”。

羲和號探測器

探測太陽具有重要意義

太陽距離地球約1.5億公里，是離地球最近、與人類關(guān)系最密切的恒星。太陽每時(shí)每刻都在發(fā)生核聚變，源源不斷向外界輻射能量，為我們的家園帶來溫暖和光明，孕育了人類文明發(fā)展。

自古以來，人們對太陽飽含崇拜、好奇與向往，努力探究太陽的奧秘，《漢書·五行志》中保存了最早有明確日期的太陽黑子記錄。到了近現(xiàn)代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是航天科技的突飛猛進(jìn)，人類對太陽的探測研究進(jìn)入到開創(chuàng)性的新時(shí)代。

太陽探測具有重大的科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。

太陽離地球最近，是我們唯一能觀測到詳細(xì)結(jié)構(gòu)和物理過程的恒星，而且可以進(jìn)行高時(shí)間、高空間和高光譜分辨率的觀測。太陽探測可以幫助我們認(rèn)識恒星的起源與演化、恒星內(nèi)部能量產(chǎn)生機(jī)制、太陽結(jié)構(gòu)和動力學(xué)、恒星對天體和生命過程的影響等重大科學(xué)問題。

太陽活動是空間災(zāi)害天氣的源頭，給人類活動帶來重大影響。當(dāng)發(fā)生耀斑、日冕物質(zhì)拋射等劇烈活動時(shí)，太陽會爆發(fā)出急劇增長的電磁輻射、高能粒子流和高速等離子體云，驅(qū)動地球空間環(huán)境發(fā)生重大變化。

這種太陽風(fēng)暴對古代人類的生產(chǎn)生活影響不大，但是在現(xiàn)代，我們的社會運(yùn)轉(zhuǎn)高度依賴衛(wèi)星等空間和地面基礎(chǔ)設(shè)施。太陽風(fēng)暴可能對航空航天、導(dǎo)航通訊等系統(tǒng)以及地面輸油、輸電、輸氣管路造成災(zāi)害性后果，帶來巨大的損失。所以，我們要加強(qiáng)對太陽活動和空間天氣的監(jiān)測，規(guī)避災(zāi)害的發(fā)生。

多種方式探測太陽

科學(xué)家對太陽的探測，是以光譜學(xué)的方法，綜合利用地基大型望遠(yuǎn)鏡和衛(wèi)星等空間探測方式，從伽瑪射線、X射線、紫外線，再到可見光、紅外線和射電波段，對太陽進(jìn)行全波段、全方位、多視角的觀測。

太陽輻射的絕大部分能量都集中在可見光和近紅外波段，這部分電磁輻射可以穿透地球大氣層到達(dá)地面，所以地面望遠(yuǎn)鏡在太陽觀測中發(fā)揮著重要作用。1984年，我國建造國家天文臺懷柔太陽觀測基地，建成多臺先進(jìn)的太陽觀測設(shè)備，對太陽三維矢量磁場、各種單色像和白光像的全日面或活動區(qū)進(jìn)行觀測，性能非常強(qiáng)大。

耀斑、日冕物質(zhì)拋射、日珥等太陽爆發(fā)活動，能量現(xiàn)象出現(xiàn)在其他波段。日冕輻射主要發(fā)生于極紫外和X光波段，太陽風(fēng)、行星際激波和高能粒子現(xiàn)象的電磁輻射主要位于從幾十kHz到幾十MHz之間，屬于太陽甚低頻波段。這部分信息會被地球大氣吸收和干擾，對它們的觀測只能依賴空間探測。

20世紀(jì)70年代至今，美國、歐洲、日本等國家和地區(qū)已發(fā)射100余顆探測太陽及太陽風(fēng)的衛(wèi)星，開展了太陽爆發(fā)活動、太陽磁場、太陽風(fēng)傳播演化、空間環(huán)境形成演化等方面探測，取得了眾多里程碑式的成果，積累了海量關(guān)于太陽磁場、大氣結(jié)構(gòu)和太陽活動的系統(tǒng)完整的資料。

尤其是近幾年來，隨著運(yùn)載火箭、軌道設(shè)計(jì)、深空測控、先進(jìn)載荷等航天能力的提升，各國可以發(fā)射性能更先進(jìn)的太陽探測器，實(shí)現(xiàn)對太陽的抵近探測和跨越極區(qū)探測，進(jìn)一步揭開太陽的奧秘。

“羲和”數(shù)據(jù)向全世界開放

2021年10月14日，“羲和號”發(fā)射升空，進(jìn)入高度517千米的晨昏太陽同步軌道，開展科學(xué)觀測和技術(shù)試驗(yàn)。

羲和號探測器

衛(wèi)星軌道平面位于地球晨昏線附近，處于地球表面黑夜和白天兩部分的分界線。晨昏軌道衛(wèi)星不會被地球陰影連續(xù)遮擋，在這條“黃昏追逐黎明”的軌道上，衛(wèi)星能夠獲得對太陽幾乎不間斷的觀測機(jī)會。

“羲和號”重510千克，有效載荷是Hα成像光譜儀，雖然國際上已經(jīng)開展了對太陽各個波段的光譜探測，但是Hα波段的光譜成像探測還是首次，填補(bǔ)了太陽爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的空白。

Hα譜線是氫元素的一條具體可見的紅色發(fā)射譜線。氫元素是太陽化學(xué)組成中占比最多的元素，也是核聚變的原材料。Hα波段譜線是太陽爆發(fā)時(shí)響應(yīng)最強(qiáng)的色球譜線，能夠直接反映爆發(fā)的源區(qū)特征。

通過對Hα光譜數(shù)據(jù)的分析，可以獲取太陽低層大氣的信息，推演太陽爆發(fā)時(shí)的大氣溫度、速度等物理量的變化，為解決太陽爆發(fā)由里及表的能量傳輸及釋放全過程物理建模等科學(xué)問題提供重要支撐

“羲和號”采用兩種方式觀測太陽，一種是白光連續(xù)譜成像，獲取全日面圖像；一種是光譜掃描成像，通過對太陽全日面掃描，46秒可以獲得4600多條光譜，每條光譜都能復(fù)原出一張日面像。

“羲和號”的觀測數(shù)據(jù)將向全世界用戶開放，是我國對國際太陽物理和空間物理研究的重要貢獻(xiàn)。作為首個空間太陽探測任務(wù)，“羲和號”對我國后續(xù)同類任務(wù)的實(shí)施也具有重要參考價(jià)值。

我國將開展宏偉太陽探測活動

太陽有11年的活動周期，新一輪周期預(yù)計(jì)2025年進(jìn)入活動高峰，耀斑和日冕物質(zhì)拋射等現(xiàn)象將大幅增加，新一輪探日熱潮也隨之興起，各種新型探測器紛紛登場就位。

除了“羲和”，我國將發(fā)射先進(jìn)天基太陽天文臺衛(wèi)星。先進(jìn)天基太陽天文臺質(zhì)量約1噸，將運(yùn)行在720千米的晨昏太陽同步軌道，重點(diǎn)開展“一磁兩暴”觀測。其中，“一磁”是指太陽磁場，“兩暴”指耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射。觀測數(shù)據(jù)將用于研究太陽磁場、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的起源及三者之間存在的聯(lián)系。

在未來，我國還將開展更加宏偉的太陽空間探測活動。2021年，我國批復(fù)立項(xiàng)“太陽全方位立體探測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)”，這個項(xiàng)目就是研究設(shè)計(jì)未來的太陽空間探測方案，重點(diǎn)針對“太陽磁場的產(chǎn)生和演化及其與太陽爆發(fā)的關(guān)系”“太陽爆發(fā)與傳播機(jī)理及其對災(zāi)害性空間天氣的影響”兩項(xiàng)重大問題，并形成后續(xù)探測活動的相關(guān)建議。

我國將按照由遠(yuǎn)及近、由單一到立體的原則，逐步開展太陽探測活動，從地球軌道向日地拉格朗日點(diǎn)，再向抵近太陽處進(jìn)發(fā)，開展對太陽的全方位、綜合性觀測。太陽探測可以促進(jìn)我國空間技術(shù)和應(yīng)用水平全面提升，并為科技、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和國家安全提供有力支持。

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