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原创 上海科技 上海科技 中国古代有夸父逐日的神话，如今中国空间科学卫星“夸父一号”将延续中国人对太阳的探索精神。10月9日，中国综合性太阳探测卫星——先进天基太阳天文台“夸父一号”顺利升空，开启为期4年的逐日之旅。 那么“夸父一号”逐日的目标是什么？它究竟有何“神力”？与其它“逐日者”又有何不同？  剑指 “一磁两暴”， 有望实现更加精准的空间天气预报 地球的生命之源——太阳，一直以来都稳稳地将阳光洒在地球上。然而，这颗恒星的微小变化都会对半径150亿公里的太阳系带来不小的影响。  随着科学的进步，人们发现太阳并不只是一颗稳定燃烧发光的星球，而是有着丰富的太阳活动。其中，太阳磁场与多种太阳活动的息息相关；而耀斑和日冕物质抛射是太阳最剧烈的爆发现象，不仅会对太空中的卫星、空间站等造成直接影响，甚至有可能撕裂地球层层防护，作用于地面上的生命。作为中国的综合性观测太阳的空间科学卫星，“一磁两暴”成为“夸父一号”的科学目标。 首席科学家甘为群认为，“夸父一号”实现了“三个首次”：国际上首次以“一磁两暴”作为卫星的科学目标并且配置相应的载荷组合；国际上首次在一颗近地卫星平台上，对全日面矢量磁场、太阳耀斑非热辐射成像、日冕物质抛射的日面形成和近日冕传播同时进行观测；国际上首次在莱曼阿尔法谱线波段实现全日面和近日冕无缝同时成像观测。  “这颗卫星是以科学目标为牵引设计制造的，最重要的目标是产出重大科学成果，它实现了我国天基太阳探测卫星跨越式突破。”甘为群说，“我们希望通过'夸父一号’来深入研究'一磁两暴’的三者关系，揭开它们形成、演化、相互作用和可能存在的因果关系。” 更令人期待的是，一旦收集到足够的数据和参数，科学家们就可以对太阳引发的空间天气效应进行预报。事实上，太阳爆发是灾害性空间天气事件的源头，如日冕物质抛射会引发地磁暴，并对卫星造成一系列伤害。  未来4年里，“夸父一号”将在距离地面720公里的太阳同步晨昏轨道上不停逐日。这期间，太阳活动峰年也将达到极大值，给了“夸父一号”大展拳脚的空间。 三台关键载荷 采用多项国内首次技术 让“夸父一号”具备逐日“神力”的是三台汇聚了中国科学家智慧的载荷：全日面矢量磁像仪（FMG）、莱曼阿尔法太阳望远镜（LST）、硬X射线成像仪（HXI）。 “夸父一号”卫星系统总设计师、中国科学院微小卫星创新研究院研究员诸成介绍说，FMG是我国第一台空间太阳磁场测量设备，可实现全日面光球矢量磁场的持续观测，与国际同类载荷相比具有更高的磁场测量灵敏度和时间分辨率； LST是我国第一台空间莱曼阿尔法太阳望远镜，可以在莱曼阿尔法和白光波段对1.1—2.5个太阳半径的内日冕进行成像观测，在莱曼阿尔法波段对1.2个太阳半径内的全日面进行成像观测，并对全日面耀斑进行成像观测； HXI采用独特的傅里叶变换调制成像原理，可对太阳耀斑活动中的30keV—200keV高能辐射进行全日面高分辨率成像和能谱探测，性能指标达到国际一流水平。 “这三个载荷都是国内首次上天，可借鉴的经验少，新技术、新部件、新材料多，要实现的任务多而复杂。我们克服了不少技术上的困难，采用了很多国内首次的技术。”诸成透露，“夸父一号”装载了7台光学设备，要求同时精准指向太阳并成像，因此对于各设备的光轴一致性提出了很高的要求。这些设备还需要经历发射和空间环境的考验，因此科研人员在载荷设计上使用了多项自主研发的关键技术，同时在卫星设计上采用降低振动和稳像技术，以确保“夸父一号”能力出众。 只能在太空中观测的波段 空间天文正在加速 “我们是在2011年提出这个卫星计划，当时国际上已经发射了60-70颗专门或相关的太阳探测卫星，却没有一颗是中国的，这让我们心里非常着急。”当甘为群谈及“夸父一号”的初衷，依然记忆犹新，“对于太阳物理的研究大概占据了中国天文学研究10%的体量，在地面设施和研究方面拥有较高的国际地位，尤其是2010年前后，中国在太阳物理领域发表的论文总量已经排名全球第二。但我们写论文的绝大部分观测数据都来自欧美日卫星的共享资料。我们要在太阳物理领域做出具有国际重大影响力的原创研究，就需要自己的太阳科学卫星。” 事实上，中国空间太阳探测早在上世纪70年代就已经开启。1976年，中国科学界提出了观测太阳的“天文一号”卫星。2001年，神舟二号搭载了太阳观测分系统，还提出了“空间太阳望远镜计划”。2004年，又提出了中法合作“太阳爆发探测小卫星计划”，北京大学等提出了日地三星计划等。 2011年，中国科学院空间科学先导专项（一期）启动，先进天基太阳天文台正式提出，在经历了预先研究、背景型号、综合立项论证等程序，最终于2017年底获得工程立项批复。5年的工程研制后，“夸父一号”踏上行程。 与中国在2021年发射的太阳探测科学试验卫星“羲和”相比，“夸父一号”有何不同？甘为群表示，“羲和”在开展卫星平台实验的同时搭载了一个太阳Hα光谱望远镜，在Hα波段对太阳进行观测，该波段虽然可以在地面观测，但在天上工作可以不受地球大气影响，连续不间断地每天24小时进行观测。而“夸父一号”的LST从紫外波段观测太阳，在地面上是不能实现的，HXI在X射线波段工作，也必须在天上进行，加上FMG的磁场观测，所以“夸父一号”与“羲和”无论是在科学目标、观测对象、还是在载荷构成上均不相同。 要看到一个天体的完整物理过程，多波段连续性观测变得越来越重要，特别是在地面无法观测的波段。期待“夸父一号”之后，有更多科学卫星向太空投去中国人的探索目光。 “上海科技”出品，转载请注明来源 企业及专家观点不代表官方立场 作者：耿挺 原标题：《“夸父一号”踏上逐日之旅》 |
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