保定市科学技术协会

羲和开启“探日时代”，未来还将有何宏伟计划？

2022-08-26

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太阳探测可以提高太阳物理研究和空间天气预报能力，引领空间科学、空间技术、空间应用水平的提升，并为社会经济发展提供服务，是国际空间探测活动的热点。

2021年10月14日，我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功发射首颗太阳探测卫星“羲和号”。“羲和号”是我国首个空间太阳探测器，标志我国进入“探日时代”。

羲和号探测器

探测太阳具有重要意义

太阳距离地球约1.5亿公里，是离地球最近、与人类关系最密切的恒星。太阳每时每刻都在发生核聚变，源源不断向外界辐射能量，为我们的家园带来温暖和光明，孕育了人类文明发展。

自古以来，人们对太阳饱含崇拜、好奇与向往，努力探究太阳的奥秘，《汉书·五行志》中保存了最早有明确日期的太阳黑子记录。到了近现代，随着科学技术的发展，尤其是航天科技的突飞猛进，人类对太阳的探测研究进入到开创性的新时代。

太阳探测具有重大的科学意义与应用价值。

太阳离地球最近，是我们唯一能观测到详细结构和物理过程的恒星，而且可以进行高时间、高空间和高光谱分辨率的观测。太阳探测可以帮助我们认识恒星的起源与演化、恒星内部能量产生机制、太阳结构和动力学、恒星对天体和生命过程的影响等重大科学问题。

太阳活动是空间灾害天气的源头，给人类活动带来重大影响。当发生耀斑、日冕物质抛射等剧烈活动时，太阳会爆发出急剧增长的电磁辐射、高能粒子流和高速等离子体云，驱动地球空间环境发生重大变化。

这种太阳风暴对古代人类的生产生活影响不大，但是在现代，我们的社会运转高度依赖卫星等空间和地面基础设施。太阳风暴可能对航空航天、导航通讯等系统以及地面输油、输电、输气管路造成灾害性后果，带来巨大的损失。所以，我们要加强对太阳活动和空间天气的监测，规避灾害的发生。

多种方式探测太阳

科学家对太阳的探测，是以光谱学的方法，综合利用地基大型望远镜和卫星等空间探测方式，从伽玛射线、X射线、紫外线，再到可见光、红外线和射电波段，对太阳进行全波段、全方位、多视角的观测。

太阳辐射的绝大部分能量都集中在可见光和近红外波段，这部分电磁辐射可以穿透地球大气层到达地面，所以地面望远镜在太阳观测中发挥着重要作用。1984年，我国建造国家天文台怀柔太阳观测基地，建成多台先进的太阳观测设备，对太阳三维矢量磁场、各种单色像和白光像的全日面或活动区进行观测，性能非常强大。

耀斑、日冕物质抛射、日珥等太阳爆发活动，能量现象出现在其他波段。日冕辐射主要发生于极紫外和X光波段，太阳风、行星际激波和高能粒子现象的电磁辐射主要位于从几十kHz到几十MHz之间，属于太阳甚低频波段。这部分信息会被地球大气吸收和干扰，对它们的观测只能依赖空间探测。

20世纪70年代至今，美国、欧洲、日本等国家和地区已发射100余颗探测太阳及太阳风的卫星，开展了太阳爆发活动、太阳磁场、太阳风传播演化、空间环境形成演化等方面探测，取得了众多里程碑式的成果，积累了海量关于太阳磁场、大气结构和太阳活动的系统完整的资料。

尤其是近几年来，随着运载火箭、轨道设计、深空测控、先进载荷等航天能力的提升，各国可以发射性能更先进的太阳探测器，实现对太阳的抵近探测和跨越极区探测，进一步揭开太阳的奥秘。

“羲和”数据向全世界开放

2021年10月14日，“羲和号”发射升空，进入高度517千米的晨昏太阳同步轨道，开展科学观测和技术试验。

羲和号探测器

卫星轨道平面位于地球晨昏线附近，处于地球表面黑夜和白天两部分的分界线。晨昏轨道卫星不会被地球阴影连续遮挡，在这条“黄昏追逐黎明”的轨道上，卫星能够获得对太阳几乎不间断的观测机会。

“羲和号”重510千克，有效载荷是Hα成像光谱仪，虽然国际上已经开展了对太阳各个波段的光谱探测，但是Hα波段的光谱成像探测还是首次，填补了太阳爆发源区高质量观测数据的空白。

Hα谱线是氢元素的一条具体可见的红色发射谱线。氢元素是太阳化学组成中占比最多的元素，也是核聚变的原材料。Hα波段谱线是太阳爆发时响应最强的色球谱线，能够直接反映爆发的源区特征。

通过对Hα光谱数据的分析，可以获取太阳低层大气的信息，推演太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化，为解决太阳爆发由里及表的能量传输及释放全过程物理建模等科学问题提供重要支撑

“羲和号”采用两种方式观测太阳，一种是白光连续谱成像，获取全日面图像；一种是光谱扫描成像，通过对太阳全日面扫描，46秒可以获得4600多条光谱，每条光谱都能复原出一张日面像。

“羲和号”的观测数据将向全世界用户开放，是我国对国际太阳物理和空间物理研究的重要贡献。作为首个空间太阳探测任务，“羲和号”对我国后续同类任务的实施也具有重要参考价值。

我国将开展宏伟太阳探测活动

太阳有11年的活动周期，新一轮周期预计2025年进入活动高峰，耀斑和日冕物质抛射等现象将大幅增加，新一轮探日热潮也随之兴起，各种新型探测器纷纷登场就位。

除了“羲和”，我国将发射先进天基太阳天文台卫星。先进天基太阳天文台质量约1吨，将运行在720千米的晨昏太阳同步轨道，重点开展“一磁两暴”观测。其中，“一磁”是指太阳磁场，“两暴”指耀斑爆发和日冕物质抛射。观测数据将用于研究太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射的起源及三者之间存在的联系。

在未来，我国还将开展更加宏伟的太阳空间探测活动。2021年，我国批复立项“太阳全方位立体探测系统设计与关键技术”，这个项目就是研究设计未来的太阳空间探测方案，重点针对“太阳磁场的产生和演化及其与太阳爆发的关系”“太阳爆发与传播机理及其对灾害性空间天气的影响”两项重大问题，并形成后续探测活动的相关建议。

我国将按照由远及近、由单一到立体的原则，逐步开展太阳探测活动，从地球轨道向日地拉格朗日点，再向抵近太阳处进发，开展对太阳的全方位、综合性观测。太阳探测可以促进我国空间技术和应用水平全面提升，并为科技、经济、社会发展和国家安全提供有力支持。

来源：科普中国