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太陽探測可以提高太陽物理研究和空間天氣預報能力，引領空間科學、空間技術、空間應用水平的提升，并為社會經濟發(fā)展提供服務，是國際空間探測活動的熱點。

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載火箭，成功發(fā)射首顆太陽探測衛(wèi)星“羲和號”。“羲和號”是我國首個空間太陽探測器，標志我國進入“探日時代”。

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、與人類關系最密切的恒星。太陽每時每刻都在發(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。到了近現代，隨著科學技術的發(fā)展，尤其是航天科技的突飛猛進，人類對太陽的探測研究進入到開創(chuàng)性的新時代。

太陽探測具有重大的科學意義與應用價值。

太陽離地球最近，是我們唯一能觀測到詳細結構和物理過程的恒星，而且可以進行高時間、高空間和高光譜分辨率的觀測。太陽探測可以幫助我們認識恒星的起源與演化、恒星內部能量產生機制、太陽結構和動力學、恒星對天體和生命過程的影響等重大科學問題。

太陽活動是空間災害天氣的源頭，給人類活動帶來重大影響。當發(fā)生耀斑、日冕物質拋射等劇烈活動時，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，驅動地球空間環(huán)境發(fā)生重大變化。

這種太陽風暴對古代人類的生產生活影響不大，但是在現代，我們的社會運轉高度依賴衛(wèi)星等空間和地面基礎設施。太陽風暴可能對航空航天、導航通訊等系統(tǒng)以及地面輸油、輸電、輸氣管路造成災害性后果，帶來巨大的損失。所以，我們要加強對太陽活動和空間天氣的監(jiān)測，規(guī)避災害的發(fā)生。

多種方式探測太陽

科學家對太陽的探測，是以光譜學的方法，綜合利用地基大型望遠鏡和衛(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地面，所以地面望遠鏡在太陽觀測中發(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，建成多臺先進的太陽觀測設備，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)進行觀測，性能非常強大。

耀斑、日冕物質拋射、日珥等太陽爆發(fā)活動，能量現象出現在其他波段。日冕輻射主要發(fā)生于極紫外和X光波段，太陽風、行星際激波和高能粒子現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的衛(wèi)星，開展了太陽爆發(fā)活動、太陽磁場、太陽風傳播演化、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，積累了海量關于太陽磁場、大氣結構和太陽活動的系統(tǒng)完整的資料。

尤其是近幾年來，隨著運載火箭、軌道設計、深空測控、先進載荷等航天能力的提升，各國可以發(fā)射性能更先進的太陽探測器，實現對太陽的抵近探測和跨越極區(qū)探測，進一步揭開太陽的奧秘。

“羲和”數據向全世界開放

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

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，填補了太陽爆發(fā)源區(qū)高質量觀測數據的空白。

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)時響應最強的色球譜線，能夠直接反映爆發(fā)的源區(qū)特征。

通過對Hα光譜數據的分析，可以獲取太陽低層大氣的信息，推演太陽爆發(fā)時的大氣溫度、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，每條光譜都能復原出一張日面像。

“羲和號”的觀測數據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。作為首個空間太陽探測任務，“羲和號”對我國后續(xù)同類任務的實施也具有重要參考價值。

我國將開展宏偉太陽探測活動

太陽有11年的活動周期，新一輪周期預計2025年進入活動高峰，耀斑和日冕物質拋射等現象將大幅增加，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)射先進天基太陽天文臺衛(wèi)星。先進天基太陽天文臺質量約1噸，將運行在720千米的晨昏太陽同步軌道，重點開展“一磁兩暴”觀測。其中，“一磁”是指太陽磁場，“兩暴”指耀斑爆發(fā)和日冕物質拋射。觀測數據將用于研究太陽磁場、耀斑和日冕物質拋射的起源及三者之間存在的聯系。

在未來，我國還將開展更加宏偉的太陽空間探測活動。2021年，我國批復立項“太陽全方位立體探測系統(tǒng)設計與關鍵技術”，這個項目就是研究設計未來的太陽空間探測方案，重點針對“太陽磁場的產生和演化及其與太陽爆發(fā)的關系”“太陽爆發(fā)與傳播機理及其對災害性空間天氣的影響”兩項重大問題，并形成后續(xù)探測活動的相關建議。

我國將按照由遠及近、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，再向抵近太陽處進發(fā)，開展對太陽的全方位、綜合性觀測。太陽探測可以促進我國空間技術和應用水平全面提升，并為科技、經濟、社會發(fā)展和國家安全提供有力支持。

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