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环球快看点丨“夸父一号”为什么要去“追”太阳

2022-10-14 15:47:17 来源：科普时报

科普时报记者史诗

“你来人间一趟，你要看看太阳。”海子这首诗，道出多少人对太阳的向往？

10月9日，中国综合性太阳探测卫星“夸父一号”（先进天基太阳天文台）在酒泉卫星发射中心成功发射升空。中国人真正的“逐日梦”从这一刻起航。

【资料图】

这颗自主研发、去“追”太阳的卫星，填补了我国在这一研究领域的空白。

摸摸太阳是啥“脾气”

在地球看到的太阳，俨然一副温暖平静的模样，其实太阳一直很活跃。科学家们一心想解开关于太阳的更多奥秘。

太阳为啥这么爱折腾？原因是太阳有磁场，和我们一般熟知的永磁铁不一样，也和相对稳定的地磁场不一样，太阳表面就是一个极度不稳定的大磁铁，且太阳的自转也和地球自转不同，它是“较差自转”，不同纬度的自转（角）速度不同，这就使太阳的磁场更加“拧巴”。当不同的磁力线“拧巴”到一起时，就会产生剧烈的太阳活动事件，那些突然大规模释放“亮瞎眼”的能量就是耀斑，大规模向宇宙空间抛射物质的活动就是日冕物质抛射……这些现象会在太阳系空间引起剧烈的扰动，如果传播到近地空间就会对地球造成很多灾害性影响，所以科学家们“看看太阳”的目标跟诗中写的完全不同。

因此，“夸父一号”卫星的科学目标可概括为“一磁两暴”。“一磁”就是太阳磁场，“两暴”就是太阳上两类最剧烈的爆发现象——耀斑和日冕物质抛射。太阳物理学家希望通过“夸父一号”更清楚地了解三者间的关系。

“耀斑和日冕物质抛射发生的根源都在于磁场的相互作用。太阳提供了一个非常好且地球上也不可复制的天然物理实验室，供人类研究极端物理环境下极端的爆发过程。”中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地主任邓元勇告诉科普时报记者，这也为空间天气预报提供了更准确的物理基础。

“夸父”带上什么“最强装备”

太阳活动呈周期性变化，平均11年一次高峰。“夸父一号”选择此时发射，也是为了赶上太阳活动第25周峰年，大约是2024到2025年。那时太阳黑子数量达到最多，太阳活动最频繁，“夸父一号”此行就是为了先期适应环境。

为实现既定科学目标，“夸父一号”卫星上搭载有全日面矢量磁像仪（FMG）、莱曼阿尔法太阳望远镜（LST）和硬X射线成像仪（HXI）3个各具特色的有效载荷，分别观测太阳磁场、日冕物质抛射和太阳耀斑。

全日面矢量磁像仪正出自邓元勇所在团队。“它主要是用来观测太阳磁场的整体演化行为，每2分钟就可以对全日面磁场进行一次高精度成像，它的高时间分辨率可以快速跟踪全日面的磁场结构演化。”邓元勇介绍。

此前，一般对日冕物质抛射的观测都是用日冕仪来做的（遮挡日面看太阳边缘以外的部分）。“这次的莱曼阿尔法太阳望远镜里不仅有一个传统的日冕仪，还配上了一个对日面成像的莱曼阿尔法成像仪，这样就可以连续完整地监测从太阳表面活动源区到近太阳的日冕物质抛射的全过程。”邓元勇说。

虽然3个有效载荷各有侧重点，但相互之间并非完全“不相往来”。邓元勇解释：“它们的功能是互补的，对于感兴趣的太阳现象，3个载荷会协同观测，后续科学数据也会协同分析、合作研究。”

太阳探测还要做什么

邓元勇回忆起载荷研制的过程，颇有感慨：“攻克了不少关键技术，走了些弯路，甚至摔了一些跟头。”一直以来，我国在地基太阳磁场测量设备方面处于国际先进水平，但还从未实现过空间观测。

原本大家没有研制核心器件液晶偏振分析器的基础。这次，邓元勇团队还是克服重重困难，突破了瓶颈问题，载荷研制做到了技术自主可控。

很长一段时间以来，我国一系列太阳探测卫星计划的提出和尝试，一直面临重重困难。