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这就是中国优势 | 科技优势(十六)夸父探日:开启中国太阳观测新时代

华夏经纬网 > 新闻 > 热点聚焦      2022-10-10 16:29:45

这就是中国优势?科技优势

【导语】“可上九天揽月,可下五洋捉鳖,谈笑凯歌还。”这是一种豪情与诗意,也是当今中国正创造的奇迹。中国人对未知的好奇、对探索的渴望、对困境的思考以及对美好未来的期待,推开了一扇扇崭新世界的大门:空间探测、生物医药、人工智能、量子科学……中国科技创新的步伐从未停止。正如习近平总书记所说,一切伟大成就都是持续奋斗的结果,一切伟大事业都需要在继往开来中推进。新时代必将是大有可为的时代。


中国传统神话故事里的“夸父逐日”,如今随着一颗科学卫星的升空来到了现实。10月9日7时43分,中国综合性太阳探测卫星“夸父一号”(先进天基太阳天文台,英文简称ASO-S)在酒泉卫星发射中心成功发射升空,正式开启了“逐日”的征程。

2022年10月9日,我国成功发射“夸父一号”卫星。(图源:新华社)

2022年10月9日,我国成功发射“夸父一号”卫星。(图源:新华社)


对仗“嫦娥奔月”填补探日空白

大约在46亿年前,太阳在距离银河系中心约2.6万光年处,由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成,太阳寿命大致为100亿年,目前正处于壮年期。太阳对地球演化和人类文明发展的作用不可或缺,同时太阳对地球的影响也无所不在。不管是从天文学的角度去探寻恒星奥秘,还是从实际生产生活的角度来讲,对太阳开展系统深入的观测都十分必要。

“夸父一号”卫星效果图(图源:中国科学院紫金山天文台)

“夸父一号”卫星效果图(图源:中国科学院紫金山天文台)

中国空间太阳探测的尝试最早在20世纪70年代中期,1976年曾提出主要观测太阳的“天文一号”卫星;在2001年发射神舟二号飞船上搭载的空间天文(主要观测太阳)分系统取得成功;期间还提出“空间太阳望远镜计划”;2004年提出中法合作“太阳爆发探测小卫星计划”,以及日地三星计划;2011年中科院空间科学先导专项(一期)正式启动,先进天基太阳天文台刚好是为响应专项而提出的卫星计划。现在回顾起来,中国之前虽有一系列太阳探测卫星计划的提出和尝试,但均未走到最后,太阳探测专门卫星基本为零,先进天基太阳天文台卫星计划填补了这一空白。

将先进天基太阳天文台命名为“夸父一号”,有两层含义,一方面“夸父”是广为人知的中国神话人物,“夸父逐日”蕴含了中华民族千百年来试图揭开太阳神秘面纱的不懈求索。另一方面寓意着“夸父一号”将与未来中国太阳探测卫星一道,开启中国综合性太阳观测的新时代。“嫦娥奔月”对仗“夸父逐日”,诠释了中国人热爱自然、探索自然的情怀与浪漫。


“一磁两暴”实现三个国际首次

太阳硬X射线成像仪的金属钨光栅。(图源:新华社)

太阳硬X射线成像仪的金属钨光栅。(图源:新华社)

太阳活动的周期约为11年,目前正处于第25个太阳活动周期的初期,太阳黑子数量逐渐增加,预计2024年至2025年达到最高峰,“夸父一号”将利用该契机,以“一磁两暴”为科学目标开展观测。“一磁两暴”这个名词是专门为“夸父一号”提出来的。“一磁”即太阳磁场,“两暴”即太阳上两类最剧烈的爆发现象——太阳耀斑和日冕物质抛射。该卫星将研究“一磁两暴”的形成、演化、相互作用、彼此关联等,为影响人类航天、通讯、导航等高科技活动的空间灾害性天气预报提供支持。

为实现“一磁两暴”的科学目标,“夸父一号”卫星上搭载有全日面矢量磁像仪、莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X射线成像仪三台有效载荷,分别观测太阳磁场、日冕物质抛射和太阳耀斑。

“夸父一号”卫星的主要创新点可以总结为“三个首次”:一是国际上首次以“一磁两暴”作为卫星的科学目标并且配置相应的载荷组合;二是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面传播同时进行观测;三是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。


“夸父”与“羲和”携手探日

“夸父一号”模型照片。(图源:新华社)

“夸父一号”模型照片。(图源:新华社)

近年来,全球太阳探测热潮已近悄然生成,并愈演愈烈……美国2018年曾发射“帕克号”太阳探测卫星,中国2021年曾发射太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”,此次中国“夸父一号”亦发射入轨。同为探日卫星,这三者之间有何关联与区别?

“帕克号”卫星是美国主导的飞到太阳附近进行观测的卫星,其轨道近日点可以达到10个太阳半径左右。这意味着它受到的太阳热非常强,不可能面对太阳进行观测,必须加上厚厚的防热罩,所以它只能探测到太阳附近粒子、磁场这些环境,不能直接看太阳。而“夸父一号”卫星是直接看太阳,用遥测遥感的手段观测太阳,对太阳进行成像。

“羲和号”卫星于2019年6月立项,主要是从技术上验证一种超高指向精度、超高稳定度的“双超”卫星平台。“羲和号”上的望远镜不仅可以在地面工作,到太空后还有极大的优势,既可以连续对太阳进行观测,还能克服地球大气抖动等带来的一系列问题,在短时间内扫描全日面,并在扫描的波长范围里对每个光谱点进行成像。

而“夸父一号”专门为观测太阳提出,2017年底立项,是完全以科学目标为牵引的空间科学卫星计划,所以“夸父一号”被称为“空间科学卫星”,在科学目标、观测对象、观测波段等方面与“羲和号”完全不同。两颗卫星同时在轨工作,非常有利于增加卫星的科学产出。


卫星数据面向全球免费开放

“夸父一号”数据分析中心。(图源:新华社)

“夸父一号”数据分析中心。(图源:新华社)

“夸父一号”卫星首席科学家、中科院紫金山天文台研究员甘为群介绍说,预期“夸父一号”卫星发射后,经过一段时间的在轨测试,正式进入工作模式交付用户后,每天可观测到大概500GB的数据量,通过地面支撑系统和科学应用系统处理后向全球开放,数据共享,供科学家进行太阳物理学研究。

“夸父一号”卫星科学应用系统总设计师、中科院紫金山天文台研究员黎辉强调,“夸父一号”卫星整个数据是完全开放的政策,在卫星在轨测试完成、数据正常生产之后,会及时对全世界相关领域的科研工作者,包括太阳物理、空间环境、空间物理、空间天气等领域,实时免费开放。他说,这样的数据共享政策也是基于国际惯例,中国太阳物理学家一直以来都在享受国际开放的数据政策,“我们第一颗综合性太阳观测卫星成功之后,也要对世界做出承诺,我们的数据也是完全开放的”。

值得关注的是,“夸父一号”卫星计划以太阳活动第25周峰年作为契机,将详细记录第25个太阳活动周的“太阳风暴”。届时,通过“夸父一号”卫星数据全球开放共享,围绕其观测结果的研究有望成为国际热点,科学家在研究太阳活动规律的同时,也会及时预报太阳爆发对人类的影响,以造福全人类。


(资料来源:新华社、中新网、央视新闻、中国科学报、科技日报)


责任编辑:姚思寒
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