“夸父逐日”

沈海軍

太陽大氣層里一切活動現(xiàn)象統(tǒng)稱太陽活動，具體包括太陽風(fēng)、黑子、光斑、耀斑、日珥等。這些活動現(xiàn)象均由太陽大氣中的電磁過程引起，時烈時弱，處于活動劇烈期的太陽經(jīng)常會輻射出大量的紫外線、X射線、粒子流和強射電波等，不僅擾亂地球大氣，影響地面無線通信，還擾動地球磁場，產(chǎn)生“磁暴”現(xiàn)象，使羅盤不能正確指示方向，甚至?xí)l(fā)地震、水災(zāi)、旱災(zāi)等自然災(zāi)害，因此，對太陽進行探測，掌握它的活動規(guī)律與特性，不管是對太陽科研發(fā)展本身。還是對人類的日常生產(chǎn)和生活都具有重大的現(xiàn)實意義。

人類的探日方式

太陽的高溫、強輻射等特點。給人們的探日帶來極大困難。由于很難靠近它，故探測太陽通常采用以下兩種方式：一種是發(fā)射太陽探測器飛入太空，運行于日心軌道或日。地拉格朗日點之一，對太陽進行探測：另一種是發(fā)射太陽探測器飛行于環(huán)繞地球的地心軌道，對太陽進行探測。自美國于1960年發(fā)射人類第1顆太陽探測器以來，全球共有近20顆太陽探測器曾進入日心軌道探測太陽，且大多數(shù)太陽探測器為美國航空航天局研制。

這里有必要說明兩個專業(yè)術(shù)語：日-地拉格朗日點和暈軌道。

日-地拉格朗日點是指探測器受太陽、地球兩大天體引力作用，能保持相對靜止的點。如圖1所示，日-地拉格朗日點共有5個。點L1和L2離地球較近。距離地球均約150萬千米，探測器僅消耗很少的燃料便可以長期駐留，所以點L1、L2是探測器、天體望遠鏡探測太陽系的理想位置。暈軌道是航天器圍繞日一地拉格朗日點運行的軌道的統(tǒng)稱，日。地拉格朗日點和暈軌道均屬于探測太陽系的最佳位置。

人類的探日歷程

1947年到1991年期間，以美國、蘇聯(lián)為代表的世界各國發(fā)射了許多太陽探測器對太陽進行探測。美國主導(dǎo)發(fā)射的太陽探測器有軌道太陽觀測臺、“先驅(qū)者6號”等。

蘇聯(lián)及社會主義陣營國家發(fā)射的太陽探測器有“宇宙號”衛(wèi)星、“質(zhì)子號”衛(wèi)星等。

1991年蘇聯(lián)解體后，俄羅斯開展的太陽探測活動開始減少。相比之下，日本和歐洲的發(fā)達國家逐漸活躍，紛紛聯(lián)合美國，加入到了探日的行列，發(fā)射了“陽光”衛(wèi)星、“日冕”系列衛(wèi)星、太陽和日球?qū)佑^測臺等。

21世紀以來，美國在太陽探測方面熱度不減，日本、英國、法同等發(fā)達國家也積極跟進。俄羅斯僅在2009年發(fā)射了一顆名為“日冕-光子”的太陽探測器，且探測器在軌不到一年就因供電系統(tǒng)故障而提前退役。世界上其他各國發(fā)射的探測器有“起源號”、太陽輻射和氣候?qū)嶒炐l(wèi)星、“日出”衛(wèi)星、太陽動力學(xué)天文臺、“帕克號”太陽探測器等。

我國的探日工程

1.“嫦娥二號”成為太陽系探測器

在完成既定任務(wù)后，2011年8月25日，我國的第二顆月球探測衛(wèi)星——“嫦娥二號”受控準確進入口一地拉格朗日L2點的環(huán)繞軌道，在這里，“嫦娥二號”搭載的太陽風(fēng)離子探測器、太陽高能粒子探測器、X射線譜儀及γ射線譜儀等有效載荷，開始探測地球遠磁尾的帶電粒子，并對太陽X射線爆發(fā)和新天體的產(chǎn)生過程中釋放出來的宇宙γ射線暴等進行觀測。

2.“羲和號”升空

“羲和號”的全稱為“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星”，是我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星。2021年10月14日，“羲和號”由“長征二號丁”運載火箭成功發(fā)射升空。主要載荷為太陽空間望遠鏡。

“羲和”是我國上古神話中的太陽女神，以太陽之母的形象為人們所知?！棒撕吞枴保×x“效法羲和馭天馬，志在長空牧群星”，象征中國對太陽探索的緣起與拓展。

該衛(wèi)星實現(xiàn)了國際首次太陽Hd波段光譜成像，填補了太陽爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的空白，對我國空間科學(xué)探測及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展具有重要意義，標志著我國正式進入探日時代！

2022年1月，我國首次發(fā)布，“羲和號”成功在軌獲得了太陽全日面Hα譜線、Si Ⅰ譜線與FeⅠ譜線的精細結(jié)構(gòu)和光譜成像，以及幾十個太陽耀斑的數(shù)據(jù)。2022年11月16日，“羲和號”再獲兩項重要發(fā)現(xiàn)，即同時測量到太陽光球和色球的較差自轉(zhuǎn)（指一個天體在自轉(zhuǎn)時不同部位的角速度不相同的現(xiàn)象）及成功捕捉到一次罕見的X1級大耀斑。

3.“夸父一號”升空

如果說“羲和號”是我國探日工程的“探路者”，2022年10月9日發(fā)射的“夸父一號”衛(wèi)星則是觀察太陽的“多面手”?！翱涓敢惶枴钡闹形娜Q為“先進天基太陽天文臺”，是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項中的一顆空間科學(xué)衛(wèi)星，它可以從紫外線、可見光和X射線等波段對太陽進行全面觀測，實現(xiàn)了我國天基太陽探測衛(wèi)星的跨越式突破。

將“先進天基太陽天文臺”命名為“夸父一號”有兩層含義：一方面，“夸父”是廣為人知的中國神話人物，“夸父逐日”的故事表達了中國古代先民胸懷大志、探索自然、英勇頑強的精神，展示了中華民族千百年來試圖揭開太陽神秘面紗的不懈努力；另一方面，寓意著“夸父一號”將與未來中國太陽探測衛(wèi)星一道。開啟中國綜合性太陽探測的新時代。

作為我國綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，“夸父一號”實現(xiàn)了3個首次：國際上首次以“一磁兩暴”作為科學(xué)目標，并配置相應(yīng)的載荷組合；國際上首次在一顆衛(wèi)星平臺上對全日面矢量磁場、太陽耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成及近日冕傳播同時進行觀測：國際上首次在萊曼阿爾法波段實現(xiàn)全日面和近日冕同時觀測，這里所謂的“一磁”就是太陽的磁場，“兩暴”就是太陽上兩類最劇烈的暴發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

2022年中國發(fā)射的“羲和號”和“夸父一號”探日衛(wèi)星盡管探測任務(wù)不盡相同，卻是我國科學(xué)家“逐日”的最強搭檔，將共同提升我國在世界太陽物理研究領(lǐng)域的影響力。