“夸父一號”首席科學家甘為群“逐日而走”

《山海經(jīng)·海外北經(jīng)》記載了一個中國人家喻戶曉的傳說——夸父逐日。如今，“逐日而走”不再是癡人說夢。自2022年10月9日發(fā)射升空以來，我國首顆綜合性太陽探測專用衛(wèi)星“夸父一號”——先進天基太陽天文臺在距地面720公里的太陽同步軌道，與日相望半年之久。這顆搭載著3臺有效載荷、共5架望遠鏡的衛(wèi)星在遙遠的外太空，講述著中國人的宇宙故事，為人類太陽物理前沿研究不斷產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。

從“吃現(xiàn)成飯”到“燒飯”

4月11-12日，“夸父一號”觀測數(shù)據(jù)試開放全球發(fā)布暨數(shù)據(jù)使用培訓會，吸引了美國、英國、德國、意大利等25個國家和地區(qū)的近400位從事太陽物理研究的專家學者參加?！翱涓敢惶枴泵咳斩寄軅骰?00GB的原始數(shù)據(jù)，差不多能夠塞滿一臺家用電腦硬盤。科學團隊成員詳細介紹了衛(wèi)星的各項情況，甘為群在會上宣布了衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)試開放的范圍。

“以前我們是‘吃現(xiàn)成飯的，用國外衛(wèi)星的公開資料進行研究。現(xiàn)在，我們終于做成了衛(wèi)星，自己寫軟件、編程序，供大家使用，變成‘燒飯的了。這才是更加正統(tǒng)的研究過程?！备蕿槿簩τ浾哒f，過去幾十年來，中國太陽物理學家在國際上發(fā)表論文總數(shù)已經(jīng)位列前茅，但總覺得缺了點什么。“我們總是直接談研究，給別人一個結(jié)果。但說到底，這很難讓人信服。老外關(guān)心的是，這個數(shù)據(jù)是如何觀測、定標的，以及數(shù)據(jù)的誤差大小等，而這些東西恰恰是我們所欠缺的。”

長期以來，一個愿望在他的心中越來越強烈——當國家發(fā)展到一定程度，必須發(fā)展自己的硬件。“夸父一號”又稱“先進天基太陽天文臺”，是由中國太陽物理學家自主提出的綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，其主要的科學目標可以歸納為“一磁兩暴”?！耙淮拧奔刺柎艌觯弧皟杀敝柑柹蟽深愖顒×业谋l(fā)現(xiàn)象——耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射。在研究這些現(xiàn)象的形成、演化、相互作用和彼此關(guān)聯(lián)的同時，也為空間天氣預(yù)報提供支持。

選取“一磁兩暴”作為研究對象，是甘為群抓住太陽探測關(guān)鍵的結(jié)果。甘為群介紹：“太陽活動上升期，以太陽黑子為標志的太陽磁場的演化就比較激烈，產(chǎn)生一系列的太陽活動，最劇烈的就是耀斑和日冕拋射物質(zhì)?！倍@些太陽活動是與地球和人類的發(fā)展有著密切關(guān)系的。太陽活動周期為11年，第25個太陽活動周期已于2020年下半年開始，將持續(xù)到2031年左右。在這一周期中，太陽活動預(yù)計將在2024年到2025年達到高峰。這將是全球太陽觀測的窗口期，衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)向全球試開放恰逢其時。

與“一磁兩暴”相對應(yīng)，“夸父一號”有3臺載荷。全日面矢量磁像儀的測量目標是太陽物理學中的“第一觀測量”——太陽磁場。太陽硬X射線成像儀的主要科學目標，是對太陽耀斑的輻射進行能譜和成像觀測。萊曼阿爾法太陽望遠鏡的主要任務(wù)是觀測日冕物質(zhì)拋射、耀斑以及暗條等劇烈的太陽大氣爆發(fā)活動，并為空間天氣預(yù)報提供日冕的觀測數(shù)據(jù)支持。

我們?yōu)槭裁匆^測太陽

除了比喻人有大志向外，夸父逐日的另一層含義為“自不量力”。而甘為群認為，探測太陽是極為必要的?！癗ASA（美國航空航天局）在1958年成立之初，就有三個計劃——空間地球探測、空間太陽觀測和空間天文觀測。從1961年到1970年代，NASA連發(fā)8顆太陽觀測衛(wèi)星。1970年代，美國宇航員在空間站直接拍攝到日冕物質(zhì)拋射，后來人類慢慢意識到這種現(xiàn)象的重要性?！?/p>

甘為群向記者回憶，從1960年代開始，世界主要空間大國已經(jīng)發(fā)射與太陽直接或間接相關(guān)的衛(wèi)星70余顆。中國雖然是航天大國，長時間以來幾乎完全沒有研制太陽衛(wèi)星的經(jīng)驗。這不僅是科學研究上的遺憾，從某種程度上，也不利于國家安全。

“太陽爆發(fā)對我們的生活影響很大。首先是輻射增強，這會影響地球大氣電離層，導致短波通訊受到干擾。其次是太陽高能粒子，我們生活在電子時代，很多東西的電子分布是有規(guī)律的，太陽高能帶電粒子打過來，它們就亂套了。最明顯的就是衛(wèi)星，它們在大氣層外面，被高能粒子擊中很可能導致失靈、失控。如果宇航員正在工作，還可能對其生命安全造成威脅。即便高能粒子到了地面上，也會影響變壓器的電荷分布，導致地區(qū)性大規(guī)模停電。還有日冕拋射物質(zhì)，這是一大團拋射的高溫高速物質(zhì)，一旦向地球方向襲來，將會造成嚴重后果?！?/p>

這些并不是危言聳聽，每一項都在歷史上真實發(fā)生過。1859年9月1日，英國天文愛好者卡林頓觀測到太陽大黑子群內(nèi)突然出現(xiàn)極其明亮的白光，形成一堆明亮的月牙形狀，后來證實，這是太陽耀斑爆發(fā)，明亮的白光是一團帶著電荷的等離子體云。短時間內(nèi)，英國格林尼治天文臺就測量到地磁場強度的劇烈變動。17個半小時后，各地電報局電報機的操作員報告說，他們的機器在閃火花，甚至電線都被融化了。這就是天文學界著名的卡靈頓事件，有人估算，如果卡靈頓事件發(fā)生在對電力高度依賴的當下，將會對供水、物流、金融等日常生活造成極為重大的影響，直接導致的經(jīng)濟損失可能達1萬億到2萬億美元。

“夸父一號”發(fā)射成功后，能夠提前40小時左右對災(zāi)害性空間天氣事件發(fā)出預(yù)警，并為中長期空間天氣預(yù)報研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。即便沒有這些災(zāi)害，太陽探測也是人類必須完成的使命?！盀槭裁匆獜娬{(diào)基礎(chǔ)研究？因為它就在這個地方，我們應(yīng)該看到人類本身就生存在這個系統(tǒng)中，就應(yīng)該了解這些。往往不知不覺間，這些研究就自然而然地和人類發(fā)生關(guān)系了。太陽就是一個天然的物理實驗室?！备蕿槿赫f。

“一條路走到黑”的盡頭就是光明

1994年，空間天文探測儀器計劃取得積極進展，正式立項。在后來的7年時間里，紫金山天文臺與中國科學院高能物理研究所共完成了3臺高能輻射探測器的研制。2001年1月10日，探測器隨神舟二號飛船順利入軌。在軌運行165天期間，探測器除了觀測到宇宙伽馬射線暴，還觀測到數(shù)十個太陽伽馬射線耀斑和逾百個太陽硬X射線耀斑。這是中國太陽物理學領(lǐng)域零的突破。

2006年，中國科學院提出空間科學規(guī)劃，甘為群負責空間天文和太陽物理領(lǐng)域。2011年，他胸有成竹地提出中國第一顆綜合性太陽探測衛(wèi)星——“先進天基太陽天文臺”的概念，并于同年獲得中國科學院空間科學戰(zhàn)略性先導專項計劃的支持，列入預(yù)先研究項目。

一個空間項目要想走到最后，必須經(jīng)歷三個階段——預(yù)先研究、背景型號、衛(wèi)星工程立項與實施。而在這些階段，甘為群又經(jīng)歷了意見分歧、經(jīng)費緊張等一系列困難。他都咬著牙，一一克服了。

讓他永遠難忘的是2022年10月9日這一天。清晨7點43分，迎著剛剛升起的太陽，長征二號丁運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功將“夸父一號”衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星進入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得成功?！澳翘?，大家在微信群里紛紛祝賀我。而我腦海中突然跳出‘一條路走到黑這句話?！蹦切┨欤诰迫F(xiàn)場看到很多科技工作者同他一道沒日沒夜地緊張奮戰(zhàn)在一線，突然明白了一些事情。原來在“逐日之旅”上，他并不孤獨。中華民族永遠都不會失去夸父逐日的精神，但再也不必重復那遙不可及的命運了。“只要方向正確，‘一條路走到黑的盡頭，一定是光明！”

（摘自《環(huán)球人物》楊學義）