2022年10月升空！中国第一颗综合性太阳观测卫星即将发射

中国科学院近日宣布，我国第一颗综合性太阳观测卫星——“先进天基太阳天文台”将于2022年10月升空。作为中国科学卫星系列“大家族”中的新成员，这颗空间科学卫星由中科院空间科学(二期)先导专项部署和研制，日前已启动征名活动，于7月11日至24日面向广大网友征集中文昵称。

2021年10月，我国曾成功发射首颗太阳观测卫星——“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星”，昵称“羲和号”，它标志我国正式进入“探日时代”。今年我国即将发射的“先进天基太阳天文台”，将让人类更加清楚地认识和熟悉这颗与我们关系最密切的恒星。

1 与我们关系最密切的恒星

太阳是地球的生命之源，为地球上的生命提供光和热，使万物葱茏。但这个脾气有些暴躁的火球活动活跃时，也会对地球影响很大，给地球上的人类造成麻烦。

太阳无时无刻不在向周围的宇宙空间中辐射电磁波以及带电粒子流等，这被称为太阳风。变化的太阳磁场不仅可以在光球层产生黑子，还能触发耀斑和日冕物质抛射。其中，太阳黑子磁场强、温度低，数量和位置呈现出周期性变化，即太阳11年活动周期;太阳耀斑是一种强烈的辐射爆发，非常明亮，可以持续几分钟到几小时，它是太阳系中最激烈的爆炸事件，所辐射出的光的波长横跨整个电磁波谱(从射电波到伽马射线);日冕物质抛射则是指太阳的外层大气日冕会突然猛烈地释放出等离子体和磁场。

太阳耀斑和日冕物质抛射产生的磁云，会裹挟着大量带电高能粒子直奔地球而来，导致地球磁层和电离层扰动，造成航天器轨道衰变，卫星载荷发生故障甚至毁坏，威胁载人任务的航天员健康，干扰通信和导航系统，引起电网超载等。例如，1989年发生的一次太阳风暴就使加拿大魁北克地区发生大规模停电;2003年再次发生类似情况，使瑞典电网电力中断，并导致多颗在轨卫星发生故障。此外，一个巨大的日冕物质抛射可包含数十亿吨的物质，这些物质会被加速到极高的速度冲向太空，在其旅途中可与任何行星或航天器发生撞击。

其实，科学家们很早就开始观测太阳，因为它是与我们关系最密切的一颗恒星，也是唯一一颗可以详细研究的恒星。观测或探测太阳有两大基本意义：一是作为宇宙中目前唯一可以进行高空间分辨表面观测的恒星，具有天体物理学上的重要性，而其它恒星因为距离我们太远，无法进行高分辨率观测;二是由于人类依存于太阳，因此需要认识太阳的变化及对人类的影响。

太阳会释放出不同波长的光，但地球的大气并非对所有的波段都是透明的，在地面上只能观测到可见光和红外光，以及有限的紫外光和射电辐射，它们在宽广的太阳辐射波谱中只占很小的一部分。此外，在地面上的可见光波段观测太阳会受到阴雨天气影响，无法做到连续观测，而且还会受到地球大气吸收、扰动等因素的影响，使得观测分辨率很低。所以，只有将太阳望远镜发射到太空中去，避开地球大气的影响，从各个波段研究太阳，才能够描绘出一幅完整的图像。

通过太阳观测卫星持续监测太阳的活动，一旦发生太阳耀斑、日冕物质抛射等爆发活动，科学家可以至少提前40个小时得到信息，从而及时做出相关的防护举措，避免太阳活动对人类生存环境造成破坏。

2 努力实现“空间天气预报”

从20世纪60年代起至今，全球已有几十颗太阳观测卫星升空，以便摸清太阳的脾气，了解太阳磁场中蕴藏的能量以及该能量对地球的影响，实现空间天气预报。这不仅对认识宇宙有重大意义，而且可为有效防护太阳的危害提供可靠的依据。

1962年3月，美国发射了世界第一颗太阳观测卫星“轨道太阳观测台-1”。1962年至1975年，美国共发射了8颗“轨道太阳观测台”，主要测量太阳X射线、γ射线、预报太阳耀斑，为载人航天任务提供空间天气基本数据。1963年至1976年，美国发射了11颗“太阳辐射卫星”，在11年的太阳活动周期内监测和预报太阳耀斑事件。此后，美国又发射了“太阳峰年卫星”“太阳-磁层探测者”等一系列太阳观测卫星。同时，其他国家也发射了一些太阳观测卫星。

另外，20世纪60年代至90年代，美国与欧洲联合开发的“太阳神”“尤利塞斯”等航天器，进入到日心轨道对太阳进行了观测。第一个进入拉格朗日L1点(在此处航天器可以获得不间断的太阳观测视野，是太阳观测卫星的理想轨道位置)观测太阳的航天器是美国1978年发射的国际日地探测者-3。接着，美国的“风”和欧洲的“太阳和日球层观测台”也进入到拉格朗日L1点观测太阳。此后，太阳观测卫星发射进入低潮，“哈勃空间望远镜”等非太阳观测卫星受宠。

近年来科学家们发现，太阳对地球气候和空间天气影响越来越巨大，因此一些国家又重新开启了太阳观测卫星的研制和发射。

2006年9月23日发射的太阳-B(又称“日出”)卫星，其上装有日本与美国和英国联合研制的太阳光学望远镜、太阳X射线望远镜和远紫外成像光谱仪共3台科学观测仪器。依靠这“3只眼”，太阳-B重点研究了太阳磁场和日冕之间的相互作用，从而加深了对太阳大气动力机制等方面的了解，获取了更多有关太阳如何向外抛射高能粒子等信息。

2006年10月25日，美国发射的一对孪生太阳观测卫星——“日地关系观测台”升空。每个“日地关系观测台”装有16台共4组探测仪器，即“日地关系日冕与日光层探测仪”“粒子与日冕物质抛射原位测量仪”“等离子体与超灼热粒子成分分析仪”和“行星际射电暴追踪仪”。这两颗卫星主要利用在太空中相互错开的优越定位“注视”太阳，首次为人类展示了太阳黑子爆发时的全景三维图像，并前所未有地展现了日地之间能量流动的独特景象，帮助科学家研究了太阳周边环境、太阳活动对整个太阳系造成的影响，以及日冕的产生、活动及其喷发带来的后果，更精准地观测了太阳爆发。“日地关系观测台”第一次从地球轨道传回太阳爆发三维图像，有助于天文学家准确预测太阳风暴对航天员和通信卫星所造成的影响，极大地增进了对太阳爆发的了解。

2010年2月9日，美国“太阳动力学观测台”升空，运行在地球同步轨道，以确保几乎不间断地观察太阳磁场、喷发的等离子体和众多其他现象，每天能收集到的有关这些现象远比现有卫星收集的信息要多，从而能更准确、及时地预测空间天气。

3 中国新星致力揭秘“一磁两暴”

2021年10月14日，我国成功发射了首颗太阳观测卫星“羲和号”，其主要科学载荷是带有Hα滤光片的太阳Hα成像光谱仪，在世界上首次实现对太阳Hα波段的光谱成像观测。

太阳Hα谱线是太阳爆发时响应最强的色球谱线，能够直接反映太阳爆发的源区特征。通过对这条谱线的数据分析，可获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化，研究太阳爆发的动力学过程及物理机制，弥补当前空间望远镜在太阳低层大气(光球和色球)观测上的不足，显著提高我国在太阳物理领域的国际影响力。

该太阳观测卫星可在同一时间得到Hα波段附近任意波长点的全日面图像，实现全天候、高时空分辨率、高光谱分辨率的太阳观测，为太阳爆发的研究提供准确可靠的数据。

但要实现高光谱分辨率成像，要求在成像过程中探测载荷具有极高的指向精度和稳定度，所以对该卫星平台的性能提出了极大的挑战。为此，“羲和号”采用了超高指向精度、超高稳定度平台(简称“双超”卫星平台)设计，首次在轨应用了磁浮技术，实现了平台舱、载荷舱可分离式构型设计，从而使载荷舱具有超高精度指向控制和超高稳定度，较现有水平提升1至2个数量级，这对我国卫星空间科学探测及卫星技术发展具有重要意义。

对地球和人类造成影响的黑子、太阳耀斑抑或日冕物质抛射，产生的根源都是太阳磁场。拟于2022年10月发射的我国第二颗太阳观测卫星“先进天基太阳天文台”，其主要科学目标就是揭示太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射(“一磁两暴”)的起源、相互作用和彼此关联。

“先进天基太阳天文台”重888千克，运行在高720千米的太阳同步轨道上，能24小时对太阳进行连续不断地观测，设计寿命至少4年，因此，可在太阳第25活动周的峰年期间，对太阳上两类最剧烈的爆发现象——太阳耀斑和日冕物质抛射，以及全日面矢量磁场开展同时观测，也能为灾害性空间天气预报提供支持。该卫星入轨后，每天将产生大约500GB的观测数据，且全部科学数据和分析软件将面向全球用户开放共享，共同实现其科学目标。

为了测量太阳磁场、观测日冕物质抛射和太阳耀斑，“先进天基太阳天文台”携带3台科学观测仪器。其中的莱曼阿尔法太阳望远镜工作在一个国际上最新的观测波段窗口，用于在紫外莱曼阿尔法与可见光波段对全日面和内日冕进行成像，观测日冕物质抛射、太阳耀斑以及暗条等剧烈的太阳大气爆发活动，为空间天气预报提供内日冕的观测数据支持，填补国际上对该波段内日冕观测的空白，揭开更多关于太阳爆发的谜底;太阳硬X射线成像仪拥有国际上同类望远镜中最多的99个探测器，用于观测太阳耀斑爆发的非热现象;全日面矢量磁像仪的时间分辨率相对较高，用于观测太阳磁场，研究太阳耀斑爆发和日冕物质抛射与太阳磁场之间的因果关系。