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    中國要探測太陽了!首顆太陽探測衛星計劃今年發射

    時間:2021-9-30 來源:澎湃新聞

    我國計劃今年發射首顆太陽探測衛星,增加對太陽的認識。

    在第十三屆中國國際航空航天博覽會上,中國航天科技集團八院抓總研制的太陽雙超衛星首次亮相。

    澎湃新聞從中國航天科技集團八院獲悉,太陽雙超衛星計劃在今年發射。作為我國首顆太陽探測衛星,衛星若發射成功,將標志中國正式進入“探日時代”。我國為何要開展空間太陽探測?開展光學波段探測難點在哪?

    圖片

    為何要開展空間太陽探測?

    從“夸父追日”到“兩小兒辯日”,無論是在神話里還是在現實生活中,從古至今,人類對太陽這個會發光的大球一直充滿好奇。

    中國科協全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向澎湃新聞介紹說,對太陽進行探測有兩大意義:一是作為宇宙中目前唯一可以進行高空間分辨表面觀測的恒星,而具有天體物理學上的重要性;二是由于人類依存于太陽,所以需要認識太陽的變化及對人類的影響。

    太陽給人類帶來光的同時也會帶來一些不便甚至災難。耀斑是太陽活動中最劇烈的事件,在幾分鐘內,一個大的耀斑要釋放的能量要比最大地震所釋放的多百萬倍,能量超過幾千個核彈同時爆炸的威力。

    太陽的變化深刻地影響著地球上生命的生存。強耀斑和日冕物質拋射等太陽活動事件更是時刻影響著地球的空間環境,干擾通信和導航、威脅航天員的健康,甚至毀壞航天器。因此,對太陽活動的觀測和研究不僅具有重要的科學意義,更具有巨大的應用價值。

    目前,我國已初步建立了地面太陽監測網,并在太陽光譜、太陽磁場領域取得了一定的成果,但空間探測仍屬空白。開展空間太陽探測將有效服務于我國基礎科學研究,帶動相關高科技產業鏈發展,甚至在不遠的將來引領國際太陽物理研究發展。

    為何要開展光學波段探測,難點在哪?

    由于地球大氣對紫外和X射線等電磁波是不透明的,因此,歷史上的空間太陽觀測在資源有限、技術條件不足的情況下,其觀測對象重點是太陽的高層大氣(日冕及過渡區),而可見光等波段觀測主要基于地面望遠鏡。但地面上的可見光波段觀測會受到陰雨天氣影響,無法做到連續觀測,而且受到地球大氣吸收、擾動等因素的影響,觀測分辨率很低。因此,開展光學波段的空間觀測是國際太陽物理研究領域必然的發展趨勢。

    太陽Hα譜線是太陽爆發時響應最強的色球譜線,能夠直接反映爆發的源區特征,可以彌補當前空間望遠鏡在太陽低層大氣(光球和色球)觀測上的不足。利用高光譜成像技術,可以在同一時間得到Hα波段附近任意波長點的全日面圖像,實現全天候、高時空分辨率、高光譜分辨率的太陽觀測,可為太陽爆發的研究提供準確可靠的數據。而實現高光譜分辨率成像則要求成像過程中探測載荷具有極高的指向精度和穩定度,這對衛星平臺的性能提出了極大的挑戰。

    當前全球空間太陽探測現狀如何?

    人類進入太空時代后,人類探測太陽也從地面擴展到太空。

    20世紀60年代,美國發射多顆行星星際深空探測器,對太陽進行了探測。1960年3月,美國成功發射“先驅者”-5號探測器,該探測器進入了繞太陽運行的的橢圓軌道,測量了太陽風、粒子和行星際磁場,發現地球磁場向著太陽的一面會被太陽風壓縮,而另一面則延伸到500萬千米的地方。人類對日地行星際空間有了全新的認識。后面,美國還陸續發射了“先驅者”-6號、“先驅者”-9號等探測器,對太陽進行了探測,但這些探測器都不是專用的太陽探測器。

    進入20世紀70年代,美歐日等航天國家或組織開始發射專用太陽探測衛星。具有代表性的探測器包括美國在1990年發射的“尤利西斯”探測器,首次實現了太陽極軌探測;1995年,美國和歐空局聯合研制的“太陽和日球層天文臺”探測器(SOHO)成功發射,實現首次在日地拉格朗日L1點開展探測;2006年,美國成功發射“日地關系天文臺”探測器(STEREO),該探測器采用雙探測器繞日方式,首次實現了太陽立體探測。

    2018年8月,美國成功發射“帕克”太陽探測器(Parker Solar Probe),這是人類首個將穿越日冕“觸摸太陽”的探測器!芭量恕碧柼綔y器將第一次穿過太陽外層大氣層日冕,在距離太陽表面大約9個太陽半徑的地方——約600萬千米,對太陽進行全方位探測,獲取日冕、太陽風等方面的信息,具有重要意義。

    2020年2月,新的探測器——“太陽軌道器”(SO)發射成功!疤栜壍榔鳌表椖坑蓺W空局(ESA)牽頭,美國宇航局參與并合作制造。該探測器將近距離觀察太陽的一些前所未見的區域,比如太陽的兩極計劃,并近距離探測太陽風等離子體、高能粒子等。

    當前,空間太陽探測正在向多波段、多視角、近距離、高時空分辨率的方向發展,空間太陽探測已成為推動太陽物理學科發展的主要動力。

    我國即將發射的太陽雙超衛星的主要科學載荷為太陽Hα成像光譜儀,將國際首次實現空間太陽Hα波段的光譜成像探測。通過對這條譜線的數據分析,可獲得太陽爆發時大氣溫度、速度等物理量的變化,研究太陽爆發的動力學過程及物理機制,顯著提高我國在太陽物理領域的國際影響力。同時,衛星采用超高指向精度、超高穩定度平臺(簡稱“雙超”衛星平臺)設計。通過采用平臺艙、載荷艙可分離式設計理念,將實現載荷艙的超高精度指向控制,較現有水平提升1-2個數量級。(澎湃新聞記者 謝瑞強)


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