在小說《三體》中，葉文潔利用太陽作為無線電放大器，向三體星人發(fā)去了關(guān)于地球的通信信號。在現(xiàn)實中，雖然科學(xué)家們還沒有發(fā)現(xiàn)太陽具備“太空大喇叭”的功能，但太陽本身的確有發(fā)射無線電波的能力，還會偶爾給探索太空的人們制造一點小麻煩。

最近，據(jù)新聞報道，我國火星探測器“天問一號”總設(shè)計師孫澤洲日前在一場活動中透露，由于日凌現(xiàn)象的出現(xiàn)，天問一號火星探測器可能在9月前后與地面失聯(lián)一段時間。

這是一次預(yù)計中的失聯(lián)，應(yīng)對方案也早已準(zhǔn)備好

可能很多人看到“失聯(lián)”二字，會非常擔(dān)心“天問一號”的安全，請大家放心，這類失聯(lián)是正常的，它指的是我們將在一段時間內(nèi)無法和“天問一號”取得實時的聯(lián)系，但是，大家不必太過擔(dān)心。

為什么呢？

第一，造成失聯(lián)的原因并非什么系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，而是一種叫做“日凌”的自然現(xiàn)象阻礙了通信的正常進行。早在天問一號出發(fā)前，科學(xué)家們就預(yù)計到了這點，“天問一號”自帶的程序?qū)椭_展這段時間的工作。第二，實際上，自“天問一號”到達火星開始，地面指揮能對它做的就十分有限，主要是依靠它自帶的程序工作。第三，在日凌影響結(jié)束后，我們將重新與“天問一號”建立聯(lián)系。

日凌是什么？其實你家電視信號就被它影響過

如果地面上用來收發(fā)衛(wèi)星信號的天線對準(zhǔn)衛(wèi)星時，恰好也同時對準(zhǔn)了太陽，那么衛(wèi)星的通信信號就會遭受太陽的嚴(yán)重干擾，地面與衛(wèi)星間的通信質(zhì)量就會出現(xiàn)下降，有時甚至完全中斷。

這種現(xiàn)象，被稱為“日凌”。

日凌現(xiàn)象原理示意圖（圖片來源：https://satoms.com/vsat-sun-outages/）

對于日凌，關(guān)心電視節(jié)目收看質(zhì)量的朋友不會感到陌生。每年我國有關(guān)部門都會提前發(fā)布轉(zhuǎn)發(fā)電視信號的通信衛(wèi)星受日凌現(xiàn)象影響的時間。在日凌現(xiàn)象集中出現(xiàn)的時段內(nèi)，每天可能都會有那么幾分鐘，你收到的電視信號沒有那么清晰，甚至可能出現(xiàn)雪花等干擾圖樣。此時，正是太陽在干擾你的電視信號。

國家廣電總局會提前發(fā)布日凌出現(xiàn)的時間表（圖片來源：國家廣電總局官網(wǎng)截圖）

在夜間開車的過程中，如果對向的汽車沒有文明駕駛，在會車時依舊開著遠光燈，我們就有可能因為對向車強烈的光線而無法分辨其他本來能看清的物體。

人眼能夠感知的光線，本質(zhì)上和我們傳輸信息使用的無線電一樣，都是電磁波。而太陽，恰恰是一個產(chǎn)生電磁波的全能型選手：從波長最短的γ射線、X射線波段，到波長較長的無線電波段，都能探測到太陽發(fā)射的信號。

目前，傳輸電視信號使用的一般是靜止軌道的通信衛(wèi)星。衛(wèi)星工作在赤道上空，距離地面約三萬六千公里。每年春分和秋分前后，太陽直射地球赤道。從地面上看，這段時間里太陽每天東升西落的過程中，會劃過衛(wèi)星所在的位置附近，指向衛(wèi)星的天線也指向了太陽。此時，天線接收到的就不只有來自衛(wèi)星的信號，還有來自太陽的強烈的無線電信號。

每到這個時候，太陽發(fā)射的強烈無線電信號就像是一個刺眼的“遠光燈”，干擾甚至完全淹沒了衛(wèi)星通信的無線電信號，電視信號的傳輸就會受到嚴(yán)重影響。

好在，這樣的干擾一般不會持續(xù)太久，由于太陽在天空中持續(xù)運動，幾分鐘后便會離開衛(wèi)星所在的位置，衛(wèi)星通信傳輸也會恢復(fù)正常。

除了電視信號外，其他依賴靜止軌道通信衛(wèi)星服務(wù)的業(yè)務(wù)也會受到影響。例如，上海證券交易所在日凌現(xiàn)象發(fā)生前會發(fā)布公告，提醒相關(guān)用戶注意衛(wèi)星干擾。而印度的證券交易所則干脆在日凌現(xiàn)象發(fā)生期間停止股票交易。

在航天任務(wù)中，日凌都制造過哪些“小麻煩”？

日凌現(xiàn)象甚至還影響過載人航天任務(wù)的實施。據(jù)公開文獻報道，我國某次載人飛行任務(wù)恰逢春分前后，由于日凌現(xiàn)象的影響，一些部署在大洋上的測控船和海外的測控站的衛(wèi)星通信出現(xiàn)中斷，無法將收發(fā)的飛船信號傳輸給控制中樞。

目前，空間站和飛船的地面通信還依賴靜止軌道上的中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng)“天路”，也有受到日凌現(xiàn)象影響的可能。而在探月工程實施的過程中，一旦太陽恰好出現(xiàn)在地球和月球的連線上，月球探測器與地球的通信傳輸也會因為太陽的干擾而中斷。

對于火星探測來說，情況則更為復(fù)雜。

由于火星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道不同，會出現(xiàn)異側(cè)日凌和同側(cè)日凌兩種情況。

異側(cè)日凌和同側(cè)日凌示意圖（圖片來源：作者自制）

當(dāng)出現(xiàn)異側(cè)日凌時，火星和地球處在太陽的兩邊，除了太陽本身發(fā)射的無線電信號會干擾到地球和火星的雙向通信外，太陽日冕中等離子體同樣會對信號的傳輸產(chǎn)生不良影響。只要地球和火星之間的通信鏈路經(jīng)過太陽附近，這種影響就會出現(xiàn)。本次天問一號失聯(lián)，就是由于異側(cè)日凌的發(fā)生。

如果日冕中出現(xiàn)爆發(fā)現(xiàn)象，干擾的范圍和程度還會有所增加。

同時，從地面向天空中看，日凌期間火星和太陽相伴著東升西落，火星和太陽的相對位置在一段時間內(nèi)不會有很大的變化，因此日凌現(xiàn)象對火星通信的影響的持續(xù)時間較長，這與電視信號在春秋分前后每天可能被干擾幾分鐘的情形非常不同。

而對于同側(cè)日凌來說，由于地球的公轉(zhuǎn)軌道比火星的公轉(zhuǎn)軌道更靠近太陽，同側(cè)日凌僅會影響地球到火星的單向通信。而且，此時也不存在日冕對信號傳輸?shù)牟涣加绊?，因此同?cè)日凌對地球與火星間通信的影響程度和范圍都相對有限。

“天問一號”的好消息：目前太陽并不算活躍

前文我們說過，大家不必太擔(dān)心這次“天問一號”的失聯(lián)，還有一個原因就是，太陽目前并不算活躍，對火星通信的干擾程度相對于活躍的年份要低不少。

太陽活動存在變化的周期，太陽從沉寂的狀態(tài)到達活躍的狀態(tài)，再重歸沉寂，經(jīng)歷上升、極大、下降、極小四個階段，總共需要約十一年的時間。在太陽活動較強的年份，雖然我們可以明顯感知的可見光波段輻射量變化并不大，太陽整體上向外發(fā)射的能量也僅僅比低年高0.1%左右，但在無線電波段，變化則相當(dāng)明顯。由于太陽活動高年太陽發(fā)射的無線電信號強度要明顯高于太陽活動低年，因此，如果日凌現(xiàn)象出現(xiàn)在太陽活動高年，其對衛(wèi)星通信的影響要強于太陽活動低年。對于火星通信來說，太陽活動高年的影響還不只限于太陽本身發(fā)射了更強的無線電信號。在太陽活動高年，日冕中爆發(fā)現(xiàn)象的發(fā)生會更加頻繁，因此日冕對通信信號傳輸?shù)挠绊懸矔鼮槊黠@持久。目前，太陽正處在第25活動周剛剛開始的時期，太陽活動還不十分強烈，這對“天問一號”來說應(yīng)該是個好消息。

給航天制造麻煩的日凌，卻備受太陽物理學(xué)家的喜愛

有時候我們會半開玩笑地說，“只要太陽出現(xiàn)在視界之內(nèi)，就沒好事！”

其實，這說法有些片面。正所謂“汝之砒霜，彼之蜜糖”，對于衛(wèi)星通信和航天測控來說，太陽發(fā)射的無線電信號是種煩惱，而對于太陽物理學(xué)家來說，無線電信號反倒為他們打開了一扇認識太陽的新窗口。

在天文學(xué)中，天體發(fā)射的無線電信號一般被稱為“射電信號”，而對射電天文的研究最早也是從太陽發(fā)射的無線電信號開始的——由于太陽發(fā)射的信號很強，口徑有限的射電天線就能夠進行有效的太陽射電觀測。

上世紀(jì)三四十年代，有科學(xué)家利用拋物面天線對準(zhǔn)太陽，觀測到了特定波段較強的太陽射電信號。而對軍用雷達干擾源的分析，也使天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了太陽爆發(fā)與太陽射電增強之間的聯(lián)系。

時至今日，太陽物理學(xué)家們已經(jīng)將太陽射電信號突然增強的現(xiàn)象定義為幾個類型的太陽射電爆，每種類型的射電爆產(chǎn)生于不同的物理過程，反映了不同的信息，可以使科學(xué)家們更深入的認識太陽活動的規(guī)律，為預(yù)報太陽爆發(fā)、保護航天活動免受太陽爆發(fā)帶來的惡劣空間天氣侵襲提供理論依據(jù)。

對于日凌現(xiàn)象對火星探測的影響，科學(xué)家和工程師們也在積極尋找解決方案。一方面，他們?yōu)樘綔y器配備了充足的自我管理能力，使得它在無法與家里打通電話的情況下也能照顧好自己。此外，他們也在探索使用受日凌干擾程度較低的無線電頻段來承載地火之間的通信信號，盡量降低與火星探測器失聯(lián)的時間。讓我們一起等待與“天問一號”恢復(fù)通信的時刻吧！

參考文獻：

[1]李紅艷,薛國虎,周江.日凌和星蝕現(xiàn)象預(yù)報方法及對試驗任務(wù)的影響分析[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2005(01):88-92.

[2] D. Morabito and R. Hastrup. Communications with Mars During Periods of Solar Conjunction: Initial Study Results. IPN Progress Report 42-147

作者：李會超

單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）

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