◎ 實習(xí)生 季天宇 科技日報記者 張曄
目前，我國第一顆綜合性太陽探測衛(wèi)星——先進天基太陽天文臺（ASO-S），即將進入正樣研制階段。
在距離地球1.5億公里的太空中，有一顆時時刻刻都在發(fā)光發(fā)熱的巨大恒星，它散發(fā)著的耀眼光芒，穿透大氣，為蔚藍的地球帶來了光明與熱量，它便是太陽。
太陽，是與人類關(guān)系最密切的恒星，也是唯一一顆可以詳細研究的恒星，研究太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射（一磁兩暴）具有重要的科學(xué)和實際意義。
“目前，我國第一顆綜合性太陽探測衛(wèi)星——先進天基太陽天文臺（ASO-S），即將進入正樣研制階段?！?月30日，ASO-S衛(wèi)星工程首席科學(xué)家、中科院紫金山天文臺甘為群研究員告訴科技日報記者。
這意味著，衛(wèi)星的工程樣機研制已經(jīng)接近完成，再經(jīng)過1年左右的正樣研制，ASO-S有望于2022年發(fā)射升空，屆時將詳細記錄第25個太陽活動周的“太陽風(fēng)暴”，并及時預(yù)報太陽爆發(fā)對地球的可能影響。
圖片來源：中科院紫金山天文臺
大約46億年前，在距離銀河系中心約2.6萬光年之處的螺旋臂上，一團分子云開始在自身的引力作用下坍縮，并逐漸形成了今天我們所熟悉的太陽。
從古至今，太陽引發(fā)了人類太多的思考，我們對這顆耀眼的恒星充滿了好奇。不過，人們最為關(guān)心的問題總是繞不開太陽對地球造成的影響。
盡管太陽與地球平均距離達1.5億公里，但一旦太陽“發(fā)威”，就會給地球帶來不可估量的后果。
2003年萬圣節(jié)期間，太陽爆發(fā)了一次強磁暴，使歐美的GOES、ACE、SOHO和WIND等一系列科學(xué)衛(wèi)星都遭受了不同程度損害，導(dǎo)致全球衛(wèi)星通訊受到干擾，GPS全球定位系統(tǒng)受到影響，定位精度出現(xiàn)了偏差，致使地面和空間一些需要即時通訊和定位的交通系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度的癱瘓。
究其原因，就是太陽發(fā)射出大量帶電高能粒子，對地球電磁環(huán)境造成嚴重破壞，其中尤以太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射最為顯著。
太陽黑子存在于太陽光球表面，是磁場的聚集之處，借助現(xiàn)代科技，科學(xué)家們觀測到太陽黑子的數(shù)量和位置每隔11年就會出現(xiàn)周期性的變化。
太陽耀斑則是一種強烈的輻射爆炸，是太陽系中最激烈的局地爆炸事件，它所輻射出的光的波長橫跨整個電磁波譜。
日冕物質(zhì)拋射則是太陽釋放能量的另一種形式，一個巨大的日冕物質(zhì)拋射可包含數(shù)十億噸的物質(zhì)短時間內(nèi)離開太陽。
說到底，無論是黑子、太陽耀斑亦或是日冕物質(zhì)拋射，它們的根源都是太陽磁場。
“從研究自然規(guī)律、自然科學(xué)的角度來說，太陽是一個非常好的天然的物理實驗室，除了太陽內(nèi)部物理過程，太陽的表面、大氣、磁場、結(jié)構(gòu)、波動、全波段輻射、等離子體、流體的規(guī)律……都可以觀測研究?！备蕿槿赫f道。
據(jù)計算，一旦發(fā)生日冕物質(zhì)拋射等爆發(fā)活動，科學(xué)家可以在它影響地球前至少40個小時得到信息，從而及時做出防護，避免可能的破壞。
日冕物質(zhì)拋射-ESA&NASA/SOHO、太陽耀斑-SDO、太陽黑子-NSO/AURA/NSF。圖片來源：中科院紫金山天文臺
自上世紀60年代以來，世界各國已經(jīng)先后發(fā)射了70多顆太陽探測衛(wèi)星進入太空。
2018年，備受矚目的美國帕克太陽探測器發(fā)射升空，它以前所未有的近距離對太陽進行觀測，并已經(jīng)獲取相當?shù)某晒?br>
為什么要在空間進行太陽探測？甘為群解釋說，由于地球存在大氣層，在地面只能觀測到太陽可見光和有限的射電輻射，它們在寬廣的太陽輻射波譜中只占很小的一部分。而更多波段輻射，比如大部分紫外和紅外線、X射線和伽馬射線等高能輻射，在到達地面前就被地球大氣吸收掉了。
去年7月“天問一號”帶著我國首次火星探測任務(wù)發(fā)射升空，時隔多月，嫦娥五號返回器在眾盼之下攜帶月球樣品安全著陸……近年來，我國“探月”“探火”工程逐步推進，不斷取得重大突破，我國“探日”也提上日程。
2016年4月28日，中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項背景型號項目“先進天基太陽天文臺（ASO-S)”通過了由中科院國家空間科學(xué)中心組織的項目結(jié)題評審。之后經(jīng)過1年多的深化研究和綜合論證，ASO-S在2017年底終于獲得中科院批復(fù)工程立項。
實際上，早在1976年，我國就嘗試提出和實施太陽空間探測衛(wèi)星，數(shù)十年過去，迄今我國仍沒有發(fā)射過一顆太陽探測專用衛(wèi)星。因此，我們對中國第一顆綜合性太陽探測衛(wèi)星ASO-S充滿期待。
“在國際天文學(xué)中，我國的太陽物理研究論文總數(shù)已經(jīng)位居世界第二，但這些論文所使用的數(shù)據(jù)大都來自國外衛(wèi)星的觀測，我們?nèi)鄙僭瓌?chuàng)性貢獻。ASO-S上天后不僅可以擁有第一手數(shù)據(jù)，也將為國際天文學(xué)研究貢獻中國力量?！备蕿槿赫f。
“打造這顆衛(wèi)星的想法在上世紀九十年代就已形成，之后不斷修正完善，直到2011年中科院啟動空間科學(xué)先導(dǎo)專項，ASO-S才得以走上正軌，經(jīng)歷了空間科學(xué)衛(wèi)星項目的一套標準程序?！备蕿槿罕硎?，ASO-S預(yù)估在2022年完成發(fā)射任務(wù)，隨后按照計劃進入720公里高的太陽同步軌道開始探索太陽的重任。
探索太陽的一系列任務(wù)，發(fā)光處為研制中的ASO-S衛(wèi)星。圖片來源：中科院紫金山天文臺
與國際上之前的70多顆太陽探測衛(wèi)星相比，ASO-S衛(wèi)星最大的特點是 “一磁兩暴”的科學(xué)目標，即在一個衛(wèi)星平臺上同時觀測太陽磁場、太陽耀斑和日冕拋射，研究它們?nèi)咧g的關(guān)系。
為了觀測“一磁兩暴”，ASO-S將搭載3臺不同功能的太陽探測望遠鏡，它們的有機組合，構(gòu)成了ASO-S的又一個特點。
“我們的衛(wèi)星將攜帶三臺儀器，一個叫全日面矢量磁像儀，專門觀測太陽磁場；一個叫硬X射線成像儀，專門觀測太陽耀斑；一個叫萊曼阿爾法太陽望遠鏡，專門觀測日冕物質(zhì)拋射?！备蕿槿赫f，除了三臺儀器的組合特色外，三臺儀器又各有一些自己的特色。比如全日面矢量磁像儀，其時間分辨率相對較高；硬X射線成像儀比國際同類儀器探頭數(shù)目要多，我們有99個探測器；萊曼阿爾法太陽望遠鏡則是進行內(nèi)日冕觀測，同時萊曼阿爾法譜線本身又是一個新的觀測波段窗口。
在此之前，我國的“探日”衛(wèi)星屬于空白，沒有多少經(jīng)驗可循，關(guān)鍵技術(shù)的攻堅克難可謂“難比登天”。就拿硬X射線成像儀一個儀器來說，需要攻克三項關(guān)鍵技術(shù)。以光柵的加工為例，硬X射線成像儀的99個探頭相當于一個個的小眼睛，這些小眼睛前面是由硬金屬加工的光柵構(gòu)成的，X射線光子需要穿過光柵中的縫隙，而最窄的縫隙只有18微米，比頭發(fā)絲還要細。甘為群把制作過程比作加工一本書，首先要生產(chǎn)出帶有狹縫的“紙”，再嚴格控制好紙與紙之間的距離，粘成一本縫隙均勻的厚“書”。此外，還要綜合考慮熱脹冷縮、空間環(huán)境惡劣、經(jīng)歷發(fā)射過程等因素。
2021-2022年正處于第25個太陽活動周期的開始階段，太陽黑子將越來越多，太陽磁場也會越來越強，太陽的爆發(fā)就會增加，預(yù)期在2025年前后達到峰值，2022年發(fā)射應(yīng)該是一個非常好的時機，能夠觀測到一個較為完整的太陽周期。
升空后，ASO-S衛(wèi)星將在距離地表720公里的太陽同步軌道運行，該軌道穿過地球的南極和北極，傾角在98度，這個角度能夠確保衛(wèi)星24小時連續(xù)不斷地觀測到太陽。ASO-S衛(wèi)星的預(yù)期在軌運行時間將不少于4年。
來源：科技日報
