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我國綜合性太陽探測專用衛星“夸父一號”——先進天基太陽天文臺（ASO-S）10月9日在酒泉衛星發射中心發射升空，開啟對太陽的探測之旅。

“夸父”的探日之旅，怎么探？這位“探秘者”有什么本領？將為人類帶回什么信息？一起走近衛星首席科學家和研制團隊，揭開“夸父一號”的五重“身份”。

“夸父一號”示意圖。（衛星研制團隊供圖）

探日怎么探？

“夸父一號”示意圖。衛星研制團隊供圖

“夸父一號”有哪些絕活兒？

衛星首席科學家、中科院紫金山天文臺研究員甘為群介紹，“夸父一號”上搭載了三臺載荷，它們既有組合優勢，也各有各的特色和本領。

“夸父一號”上搭載的全日面矢量磁像儀可以觀測太陽的全日面矢量磁像數據，它的觀測靈敏度和時間分辨率在國際上同類探測器中位居前列；萊曼阿爾法太陽望遠鏡對應著太陽觀測的“新窗口”，可能帶回全新的太陽物理信息；而太陽硬X射線成像儀可以對30至200keV能段的X射線成像，其傅里葉分量在空間調制同類設備中最高。

“夸父一號”于2022年10月9日清晨發射升空，隨即衛星和各單機按計劃依次開機，此后進入4至6個月的在軌測試。測試期間，要對衛星平臺和三臺載荷的各種性能、功能、觀測模式等進行測試，還要進行在軌數據定標。測試完成后，衛星將正式交付科學應用系統管理，屆時經過處理后的觀測數據和數據分析軟件將實時對外開放，讓全球的太陽物理學家都有機會使用“夸父一號”的科學數據開展研究工作。

“希望三臺儀器的組合觀測，能發揮出特色和本領，給我們帶來新驚喜。”甘為群說。

“夸父一號”能干哪些事兒？

“夸父一號”的科學目標總結起來是“一磁兩暴”。“一磁”指的是太陽磁場，“兩暴”指的是太陽上兩類最劇烈的爆發現象，即太陽耀斑和日冕物質拋射。搞清楚了這三者之間的聯系，不僅有助于認識太陽活動是怎樣形成和演化的，對預報空間天氣也將提供重要的物理基礎。

除了做科研，“夸父一號”還有潛力成為一名為人類服務的空間天氣“預報員”和“研究員”。

從廣義上看，硬X射線成像儀提供的耀斑非熱輻射數據以及全日面矢量磁像儀觀測的太陽磁場信息，可為中長期空間天氣預報研究提供基礎數據。

“而更直接地講，衛星上搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡，可以‘看見’日冕物質拋射的規模、方向、速度，提前40小時左右對災害性空間天氣事件發出預警。”甘為群說。

“夸父一號”模型照片。研制團隊供圖

與“羲和號”攜手探日

2021年10月，我國已經發射了國內首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”。同為探日衛星，“夸父一號”和“羲和號”有什么不同？

甘為群解釋說，“羲和號”可以稱為我國探日工程的“探路者”。發射成功后，它除了開展衛星平臺超高指向精度、超高穩定度技術試驗，上面的主載荷“Hα成像光譜儀”經過一段時間的在軌調試，已經達到預期的觀測效果。高時間分辨地獲取全日面Hα光譜掃描成像，觀測和研究色球動力學，是“羲和號”的主要特色。

而“夸父一號”全稱為先進天基太陽天文臺。它是我國第一顆綜合性太陽探測專用衛星，上面有三臺載荷共5臺望遠鏡，實現對太陽“一磁兩暴”多波段和空間拓展上的組合觀測是其主要特色。

兩顆衛星同時在軌工作，非常有利于增加衛星的科學產出。

為什么選擇在此時展開探日征途？

甘為群介紹，太陽活動以11年為周期。第25個太陽活動周期開始于2020年下半年，將持續到2031年左右。這一周期內的峰值預計將出現在2024年下半年到2025年上半年，那時太陽爆發現象也最頻繁。

“夸父一號”于2022年發射，可以記錄下太陽活動由少變多、逐漸活躍直至達到高峰的過程，有利于捕捉到更多的劇烈爆發現象。

雖然現在人類對宇宙的觀測已經延伸至130億光年以外，但迄今為止，太陽仍然是唯一一顆可供我們詳細研究的恒星。“對于太陽上的一系列活動，人類的了解還很粗淺。空間探日，是研究和了解太陽的重要一步，對人類自身生存也具有重要現實意義。”甘為群說。

這位“探秘者”有什么本領

空間“預警員”

“‘夸父一號’的核心科學目標是‘一磁兩暴’，即太陽磁場，以及太陽上兩類最劇烈的爆發現象——太陽耀斑和日冕物質拋射。”“夸父一號”衛星首席科學家、中科院紫金山天文臺研究員甘為群說，將利用太陽活動第25周峰年（預期在2024年到2026年左右）的契機，觀測、研究“一磁兩暴”的形成、相互作用及彼此關聯。

甘為群介紹，這樣的設計，既是為了更深入地研究太陽的核心物理現象，也是為了給人類當好“預警員”。“夸父一號”依靠多個波段的探測，可以較為連續地觀測、追蹤太陽爆發的全過程，為影響人類航天、導航等高科技活動的空間災害性天氣預報提供支持。

2022年10月9日，我國成功發射“夸父一號”衛星。新華社發（汪江波 攝）

磁場“偵察家”

磁場被稱為太陽物理中的“第一觀測量”，大部分的太陽活動直接受太陽磁場的支配。

如果把指南針放在太陽上，會出現十分奇特的現象：在不同區域，指南針指向不同；即便同一區域，不同時間指南針的指向也不相同。之所以這樣，是因為太陽磁場遠比地球磁場復雜得多。

“在太陽爆發時，‘夸父一號’上搭載的全日面矢量磁像儀，每18分鐘就可以對全日面磁場進行一次高精度成像，有助于完整、準確地記錄下太陽磁場的變化，進而偵察、破解太陽能量釋放的一系列奧秘。”全日面矢量磁像儀載荷主任設計師章海鷹說。

觀察“多面手”

當我們想象太陽，腦海中總會浮現出一個黃色的耀眼球體。實際上，太陽的“面貌”要豐富得多，它會釋放所有波長的光。除了可以被人眼看見的可見光，還有波長更短的伽馬射線、X射線、紫外線，以及波長更長的紅外線、射電波等。

要看清太陽的“真面目”，需要借助不同波段的望遠鏡。“夸父一號”就是一個觀察太陽的多面手，它搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡和太陽硬X射線成像儀，可以從紫外線、可見光和X射線波段觀測太陽。據介紹，太陽硬X射線成像儀像是一個精密“復眼”，可以精準捕捉來自太陽的X射線信息；萊曼阿爾法太陽望遠鏡可以同時觀測全日面和2.5個太陽半徑內的近日冕處萊曼阿爾法光。

太陽硬X射線成像儀的金屬鎢光柵。新華社記者林凱 攝

科研“工作狂”

從地球上看，太陽東升西落，大約只有一半的“露臉”時間。而飛行在約720公里高的太陽同步晨昏軌道上的“夸父一號”，全年有96%以上的時間處于工作狀態，是個實打實的“工作狂”。

通常情況下，星上載荷每幾秒至幾分鐘成像一次，在太陽爆發期，能變為1秒內成像1次，詳細記錄下太陽活動的整個過程。甘為群介紹，“夸父一號”在全年的絕大部分時間可以24小時不間斷對日觀測。僅僅在每年5至8月，每天會有短暫時間進入地球的陰影，“休息”最長的一天也不超過18分鐘。

“夸父一號”數據分析中心。新華社記者林凱 攝

數據量“大師”

“夸父一號”總重約859公斤，在太陽探測衛星中體型“中等”，但它是個吞吐數據的“大胃王”。“每天，它將積累和回傳約500GB數據，相當于向地球發送幾萬幅太陽的‘高清大圖’。”衛星科學應用系統副總師黃宇說，如果算上處理和加工，每天產出的數據將“塞滿”一臺家用電腦的硬盤，這在全球的太陽探測衛星中也屬于“第一梯隊”。

這些數據被接收、還原后，將被打包發送到位于中科院紫金山天文臺的衛星數據分析中心。未來4年衛星在軌積累的數據將存儲在這里，并由科研人員“翻譯”成為可供科學研究的圖像和資料。

來源： 共青團中央

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