“夸父一號”首席科學家甘為群“逐日而走”

《山海經·海外北經》記載了一個中國人家喻戶曉的傳說——夸父逐日。如今，“逐日而走”不再是癡人說夢。自2022年10月9日發射升空以來，我國首顆綜合性太陽探測專用衛星“夸父一號”——先進天基太陽天文臺在距地面720公里的太陽同步軌道，與日相望半年之久。這顆搭載著3臺有效載荷、共5架望遠鏡的衛星在遙遠的外太空，講述著中國人的宇宙故事，為人類太陽物理前沿研究不斷產生新的數據。

從“吃現成飯”到“燒飯”

4月11-12日，“夸父一號”觀測數據試開放全球發布暨數據使用培訓會，吸引了美國、英國、德國、意大利等25個國家和地區的近400位從事太陽物理研究的專家學者參加。“夸父一號”每日都能傳回500GB的原始數據，差不多能夠塞滿一臺家用電腦硬盤。科學團隊成員詳細介紹了衛星的各項情況，甘為群在會上宣布了衛星測試數據試開放的范圍。

“以前我們是‘吃現成飯的，用國外衛星的公開資料進行研究。現在，我們終于做成了衛星，自己寫軟件、編程序，供大家使用，變成‘燒飯的了。這才是更加正統的研究過程。”甘為群對記者說，過去幾十年來，中國太陽物理學家在國際上發表論文總數已經位列前茅，但總覺得缺了點什么。“我們總是直接談研究，給別人一個結果。但說到底，這很難讓人信服。老外關心的是，這個數據是如何觀測、定標的，以及數據的誤差大小等，而這些東西恰恰是我們所欠缺的。”

長期以來，一個愿望在他的心中越來越強烈——當國家發展到一定程度，必須發展自己的硬件。“夸父一號”又稱“先進天基太陽天文臺”，是由中國太陽物理學家自主提出的綜合性太陽探測專用衛星，其主要的科學目標可以歸納為“一磁兩暴”。“一磁”即太陽磁場；“兩暴”指太陽上兩類最劇烈的爆發現象——耀斑爆發和日冕物質拋射。在研究這些現象的形成、演化、相互作用和彼此關聯的同時，也為空間天氣預報提供支持。

選取“一磁兩暴”作為研究對象，是甘為群抓住太陽探測關鍵的結果。甘為群介紹：“太陽活動上升期，以太陽黑子為標志的太陽磁場的演化就比較激烈，產生一系列的太陽活動，最劇烈的就是耀斑和日冕拋射物質。”而這些太陽活動是與地球和人類的發展有著密切關系的。太陽活動周期為11年，第25個太陽活動周期已于2020年下半年開始，將持續到2031年左右。在這一周期中，太陽活動預計將在2024年到2025年達到高峰。這將是全球太陽觀測的窗口期，衛星觀測數據向全球試開放恰逢其時。

與“一磁兩暴”相對應，“夸父一號”有3臺載荷。全日面矢量磁像儀的測量目標是太陽物理學中的“第一觀測量”——太陽磁場。太陽硬X射線成像儀的主要科學目標，是對太陽耀斑的輻射進行能譜和成像觀測。萊曼阿爾法太陽望遠鏡的主要任務是觀測日冕物質拋射、耀斑以及暗條等劇烈的太陽大氣爆發活動，并為空間天氣預報提供日冕的觀測數據支持。

我們為什么要觀測太陽

除了比喻人有大志向外，夸父逐日的另一層含義為“自不量力”。而甘為群認為，探測太陽是極為必要的。“NASA（美國航空航天局）在1958年成立之初，就有三個計劃——空間地球探測、空間太陽觀測和空間天文觀測。從1961年到1970年代，NASA連發8顆太陽觀測衛星。1970年代，美國宇航員在空間站直接拍攝到日冕物質拋射，后來人類慢慢意識到這種現象的重要性。”

甘為群向記者回憶，從1960年代開始，世界主要空間大國已經發射與太陽直接或間接相關的衛星70余顆。中國雖然是航天大國，長時間以來幾乎完全沒有研制太陽衛星的經驗。這不僅是科學研究上的遺憾，從某種程度上，也不利于國家安全。

“太陽爆發對我們的生活影響很大。首先是輻射增強，這會影響地球大氣電離層，導致短波通訊受到干擾。其次是太陽高能粒子，我們生活在電子時代，很多東西的電子分布是有規律的，太陽高能帶電粒子打過來，它們就亂套了。最明顯的就是衛星，它們在大氣層外面，被高能粒子擊中很可能導致失靈、失控。如果宇航員正在工作，還可能對其生命安全造成威脅。即便高能粒子到了地面上，也會影響變壓器的電荷分布，導致地區性大規模停電。還有日冕拋射物質，這是一大團拋射的高溫高速物質，一旦向地球方向襲來，將會造成嚴重后果。”

這些并不是危言聳聽，每一項都在歷史上真實發生過。1859年9月1日，英國天文愛好者卡林頓觀測到太陽大黑子群內突然出現極其明亮的白光，形成一堆明亮的月牙形狀，后來證實，這是太陽耀斑爆發，明亮的白光是一團帶著電荷的等離子體云。短時間內，英國格林尼治天文臺就測量到地磁場強度的劇烈變動。17個半小時后，各地電報局電報機的操作員報告說，他們的機器在閃火花，甚至電線都被融化了。這就是天文學界著名的卡靈頓事件，有人估算，如果卡靈頓事件發生在對電力高度依賴的當下，將會對供水、物流、金融等日常生活造成極為重大的影響，直接導致的經濟損失可能達1萬億到2萬億美元。

“夸父一號”發射成功后，能夠提前40小時左右對災害性空間天氣事件發出預警，并為中長期空間天氣預報研究提供基礎數據。即便沒有這些災害，太陽探測也是人類必須完成的使命。“為什么要強調基礎研究？因為它就在這個地方，我們應該看到人類本身就生存在這個系統中，就應該了解這些。往往不知不覺間，這些研究就自然而然地和人類發生關系了。太陽就是一個天然的物理實驗室。”甘為群說。

“一條路走到黑”的盡頭就是光明

1994年，空間天文探測儀器計劃取得積極進展，正式立項。在后來的7年時間里，紫金山天文臺與中國科學院高能物理研究所共完成了3臺高能輻射探測器的研制。2001年1月10日，探測器隨神舟二號飛船順利入軌。在軌運行165天期間，探測器除了觀測到宇宙伽馬射線暴，還觀測到數十個太陽伽馬射線耀斑和逾百個太陽硬X射線耀斑。這是中國太陽物理學領域零的突破。

2006年，中國科學院提出空間科學規劃，甘為群負責空間天文和太陽物理領域。2011年，他胸有成竹地提出中國第一顆綜合性太陽探測衛星——“先進天基太陽天文臺”的概念，并于同年獲得中國科學院空間科學戰略性先導專項計劃的支持，列入預先研究項目。

一個空間項目要想走到最后，必須經歷三個階段——預先研究、背景型號、衛星工程立項與實施。而在這些階段，甘為群又經歷了意見分歧、經費緊張等一系列困難。他都咬著牙，一一克服了。

讓他永遠難忘的是2022年10月9日這一天。清晨7點43分，迎著剛剛升起的太陽，長征二號丁運載火箭在酒泉衛星發射中心成功將“夸父一號”衛星發射升空，衛星進入預定軌道，發射任務獲得成功。“那天，大家在微信群里紛紛祝賀我。而我腦海中突然跳出‘一條路走到黑這句話。”那些天，他在酒泉現場看到很多科技工作者同他一道沒日沒夜地緊張奮戰在一線，突然明白了一些事情。原來在“逐日之旅”上，他并不孤獨。中華民族永遠都不會失去夸父逐日的精神，但再也不必重復那遙不可及的命運了。“只要方向正確，‘一條路走到黑的盡頭，一定是光明！”

（摘自《環球人物》楊學義）