東曦既駕 “天基”探日

錢航 鄒粟

錢航，中國航天科技集團(tuán)一院航天科普專家、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心博士、錢學(xué)森青少年航天科學(xué)院專家、青少年科技教育專家，多次參與載人航天發(fā)射任務(wù)，擔(dān)任探月、探火等多次重要發(fā)射任務(wù)中央電視臺直播嘉賓。

要說屬于全人類最終極的浪漫，答案應(yīng)該只有一個：宇宙。而太陽作為太陽系中質(zhì)量最大的天體，是太陽系的焦點(diǎn)， 也是人類探索恒星的前哨站。在地球上，我們能擁抱這顆質(zhì)量是地球33萬倍的恒星所散發(fā)出的刺眼亮光及其帶來的溫暖;穿越1.5億千米，我們依然能感受到陽光照射到肌膚的熾熱;即使在漆黑的夜晚， 被月球反射的太陽光芒仍然能成為星空中最亮眼、潔白的光……

太陽作為整個太陽系中唯一的恒星，成為我們觀察宇宙其他天體的參考標(biāo)準(zhǔn)。古往今來，我們從沒停止過對它的好奇和探索的腳步。但是，在探索太陽的過程中，我們?nèi)匀挥泻芏鄦栴}尚未解決。令人期待的是，10月，我國即將發(fā)射第一顆綜合性太陽探測衛(wèi)星——先進(jìn)天基太陽天文臺（簡稱“ASO-S”），它將有助于我們揭開太陽的神秘面紗。

那么，為什么觀測太陽非要與它“肩并肩”？我們以前都做了什么？這次任務(wù)能獲得什么？帶著這些問題，我們一起走進(jìn)本篇文章吧！

為什么不能在地面全方位觀察太陽活動

打個比方，假如現(xiàn)在距離我們10米的地方有一支點(diǎn)燃的蠟燭，站在原地，我們能觀測到什么？通過肉眼，我們能觀測到蠟燭火焰所散發(fā)出的光芒;借助科學(xué)儀器，我們可以對蠟燭火焰的顏色進(jìn)行光譜分析，從而獲知蠟燭火焰中等離子體的電離能量;利用溫度計(jì)，比較蠟燭點(diǎn)燃前后的室內(nèi)溫度，我們能知道蠟燭燃燒時的熱傳導(dǎo)和熱輻射是怎樣的。

但是，如果此時蠟燭的火焰上方冒出黑煙，我們可能會認(rèn)為這是由于蠟燭的不完全燃燒所導(dǎo)致的。那么，為什么蠟燭會不完全燃燒呢？是什么物質(zhì)導(dǎo)致了蠟燭不完全燃燒？蠟燭是由什么物質(zhì)構(gòu)成的呢？……想要解答諸如此類的問題，我們就需要靠近蠟燭，更加清晰地對蠟燭進(jìn)行觀察。

同樣，在地面借助望遠(yuǎn)鏡、電磁測量儀等科學(xué)儀器以及科學(xué)模型，我們能大概分析出太陽的組成、光亮度、表面溫度、輻射等，解釋太陽的組成和活動。但是，這些理論僅僅停留在對太陽表面及其能給予我們的科學(xué)數(shù)據(jù)上的推斷。對這些理論模型的驗(yàn)證和對太陽異?；顒拥慕忉專俏覀冊诘孛嫔蠠o法直接觀測的，所以我們需要把儀器搬到太陽附近進(jìn)行觀察，從而盡可能地獲得更多的科學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)行更全面、更詳細(xì)的研究。

人類對太陽進(jìn)行過的研究

在幾千年的中華大地上，人們用“圈中一點(diǎn)”來表示太陽。許多史學(xué)家和文字學(xué)家推斷這“圈中一點(diǎn)”便是最早對太陽黑子的記錄。

幾千年前，人類對浩瀚宇宙所知甚少，甚至對地球是什么樣子、地球之外有什么等都沒有多少了解，太陽對于古時候的人們來說更像一個神話，這也更加促進(jìn)了人類對太陽的科學(xué)探索。

公元前1000年，古巴比倫天文學(xué)家觀察到太陽沿著黃道面（地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面）的運(yùn)動并不均勻。這個在如今看似簡單的觀察，卻在當(dāng)時促進(jìn)了人們對幾何物理的研究，以及后來人們對太陽軌道的推測。在公元前28 年的漢朝，中國最早的天文學(xué)家對太陽黑子進(jìn)行了觀測并做了明確的記錄，這為后來探索太陽黑子的周期奠定了基礎(chǔ)，給予了更多的科學(xué)數(shù)據(jù)。

1904年，盧瑟福首次提出了太陽的能源是由內(nèi)部的熱源提供的，并且提出放射性衰變是維持太陽生命的關(guān)鍵。從這以后，關(guān)于太陽的研究層出不窮，黑子磁場、太陽日冕、氫氦聚變、質(zhì)子反應(yīng)鏈等接連被提出。對這些理論模型的研究，需要通過觀測結(jié)果論證。所以，在近代，人類也創(chuàng)造了很多觀測太陽甚至到訪太陽的機(jī)會。

先進(jìn)天基太陽天文臺所搭載的主要科學(xué)設(shè)備

全日面矢量磁像儀

用于開展太陽光球矢量磁場的成像觀測?？v向分量靈敏度為5G，橫向分量精度為150G

太陽硬X 射線成像儀

太陽硬X 射線成像儀在30～200keV能量段，以太陽耀斑為主要觀測目標(biāo)，對太陽進(jìn)行成像觀測

萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡

萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡在萊曼阿爾法波段（121.6±7.5納米）和白光波段對太陽從日面中心到1.2個太陽半徑的全日面和1.1～2.5個太陽半徑的內(nèi)日冕進(jìn)行成像觀測

美國國家航空航天局在20世紀(jì)60年代發(fā)射的“先鋒”號首次在太陽同步軌道上詳細(xì)測量了太陽風(fēng)和太陽磁場。20世紀(jì)70年代，“太陽神”號探測器和天空試驗(yàn)站任務(wù)為科學(xué)家提供了大量關(guān)于太陽風(fēng)暴、太陽日冕層和太陽日冕物質(zhì)拋射的科學(xué)數(shù)據(jù)。

日本在20世紀(jì)90年代發(fā)射的太陽衛(wèi)星長時間記錄了太陽耀斑的活動和分布情況，使得科學(xué)家能夠開始區(qū)分并且歸類太陽耀斑的不同種類。美國2018年發(fā)射的“帕克”號太陽探測器也將于2025年接近太陽，對太陽的外層日冕進(jìn)行觀測。

肩負(fù)重任的先進(jìn)天基太陽天文臺

先進(jìn)天基太陽天文臺是我國太陽物理學(xué)界在2011年提出的一個針對太陽探索的任務(wù)計(jì)劃。此項(xiàng)任務(wù)將會抓住太陽活動第25個周峰年的契機(jī)，對太陽進(jìn)行科學(xué)探索。

先進(jìn)天基太陽天文臺將對當(dāng)前天文學(xué)界的“一磁兩暴”進(jìn)行重點(diǎn)科學(xué)數(shù)據(jù)采集。“一磁”指的是太陽磁場。無論是在太陽內(nèi)部還是在太陽表面，或是在太陽周圍，太陽磁場都有很多復(fù)雜的動態(tài)變化，所以這也成為天文學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。“兩暴”指的是太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。這“兩暴”其實(shí)對我們?nèi)粘Ｉ钪械耐ㄐ哦加泻艽蟮挠绊憽?/p>

配備了全日面矢量磁像儀、太陽硬X 射線成像儀、萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡的先進(jìn)天基太陽天文臺，它的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)都是非常前沿的，也是研究天文學(xué)界亟待解決的問題，同時也與我們的日常生活休戚相關(guān)。通過對太陽風(fēng)暴的研究，我們可以進(jìn)一步改進(jìn)空間天氣預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，讓航天員能夠在第一時間獲取太陽風(fēng)暴的爆發(fā)信息，使他們在軌更安全。

先進(jìn)天基太陽天文臺成功發(fā)射后，將詳細(xì)記錄第25個太陽活動周峰年的太陽風(fēng)暴。屆時，圍繞先進(jìn)天基太陽天文臺觀測結(jié)果的研究將成為國際熱點(diǎn)，科學(xué)家在研究“一磁兩暴”自然規(guī)律的同時，也會及時預(yù)報(bào)太陽爆發(fā)對人類的影響，以造福全人類。相信在不久的將來，我們可以通過先進(jìn)天基太陽天文臺對太陽有更詳細(xì)的認(rèn)識和了解。

（責(zé)任編輯：陸艷 郝雅文）