“羲和”探日 成果豐碩

◆本刊綜合

2022年8月30日，我國正式公布首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”創(chuàng)下的5個國際首次科學(xué)探測和衛(wèi)星技術(shù)成果。

從“羲和號”上看太陽，能觀測到什么？這些科學(xué)探測成果對人類認(rèn)識太陽有哪些新貢獻？后續(xù)太陽探測活動還將如何開展？

太陽空間探測實現(xiàn)“零”突破

2021年10月14日，“羲和號”發(fā)射升空，作為首位太陽專屬“攝影師”，為我國實現(xiàn)了太陽空間探測的“零”突破。

“羲和號”完成了國際首次太陽空間Hα成像光譜儀在軌應(yīng)用，成功實現(xiàn)了國際首次空間太陽Hα波段光譜掃描成像，國際首次在軌獲 取 太 陽Hα譜 線、SiI譜 線 和FeI譜 線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

其中，Hα成像光譜儀進行光譜掃描成像，分辨率達0.0024納米，每張光譜掃描圖像都包含了300多張照片，分別對應(yīng)了光球?qū)雍蜕驅(qū)硬煌叨忍幍奶枅D像，相當(dāng)于給太陽低層大氣進行“CT”掃描。每一張“CT”圖又反映了日面上近1600萬個點的信息。

根據(jù)這些譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，人類可反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度場，可詳細(xì)記錄到發(fā)生在太陽大氣中的活動，進而研究太陽活動的物理過程。

圖1 全日面色球多普勒速度場（圖/國家航天局官網(wǎng)）

拍照又精又穩(wěn)

在太空中，衛(wèi)星載荷哪怕一次微小振動，都會讓成像效果差之毫厘、謬以千里。要在距太陽1.5億公里的地球附近對太陽“明察秋毫”，這對相機的指向精度和穩(wěn)定度提出了更高的要求。

“羲和號”首次實現(xiàn)了“雙超”（超高指向精度、超高穩(wěn)定度）衛(wèi)星平臺技術(shù)在軌性能驗證及工程應(yīng)用。采用“動靜隔離非接觸”總體設(shè)計新方法，將平臺艙與載荷艙物理隔離，有效隔絕了衛(wèi)星平臺的干擾，通過大帶寬、超高精度磁浮作動器，實現(xiàn)了相機指向精度10-4°量級和穩(wěn)定度10-5°/s量級的“雙超”指標(biāo)。就像給相機裝上了高精尖的“云臺”，讓相機對得準(zhǔn)、拍得穩(wěn)。

未來，“雙超”平臺技術(shù)將在高分辨率遙感、太陽立體探測、系外行星發(fā)現(xiàn)等新一代航天任務(wù)中被推廣應(yīng)用，推動我國空間技術(shù)的跨越式發(fā)展。

圖2 “羲和號”太陽Hα線心圖像（圖/國家航天局官網(wǎng)）

空間測速全新解決方案

“羲和號”搭載的原子鑒頻太陽測速導(dǎo)航儀，國際首次在軌采用原子鑒頻原理，可實時準(zhǔn)確地確定太陽光的頻率變化，進而獲取衛(wèi)星相對太陽的視向速度。經(jīng)過在軌實測，導(dǎo)航儀的速度測量精度優(yōu)于2 m/s，為未來深空探測任務(wù)中的自主導(dǎo)航提供了一種新型的速度測量技術(shù)手段。

數(shù)據(jù)開放共享

“羲和號”發(fā)射成功后，國家航天局牽頭成立了衛(wèi)星數(shù)據(jù)科學(xué)委員會，制定了數(shù)據(jù)政策供國內(nèi)外科學(xué)家研究、使用、共享衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)。目前，“羲和號”的科學(xué)數(shù)據(jù)已向全球開放共享。

當(dāng)前正處于第二十五個太陽活動周期，全世界又進入太陽研究新的高峰期。我國作為航天大國，還將發(fā)射先進天基太陽天文臺衛(wèi)星，以“一磁兩暴”為科學(xué)目標(biāo)，對太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射和全日面矢量磁場開展觀測，為預(yù)報嚴(yán)重影響人類正常生活的空間災(zāi)害性天氣提供支持。

此外，我國正在論證后續(xù)太陽探測發(fā)展計劃，科學(xué)家們希望按照在黃道面內(nèi)多視角探測、大傾角太陽極區(qū)探測和太陽抵近觀測“三步走”計劃，進一步了解太陽的構(gòu)造，確定太陽活動的三維結(jié)構(gòu)，掌握機理和活動規(guī)律，為推動人類科學(xué)文明的發(fā)展貢獻力量。