中國科學院近日宣布，我國第一顆綜合性太陽觀測衛星——“先進天基太陽天文臺”將于2022年10月升空。作為中國科學衛星系列“大家族”中的新成員，這顆空間科學衛星由中科院空間科學(二期)先導專項部署和研制，日前已啟動征名活動，于7月11日至24日面向廣大網友征集中文昵稱。

2021年10月，我國曾成功發射首顆太陽觀測衛星——“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星”，昵稱“羲和號”，它標志我國正式進入“探日時代”。今年我國即將發射的“先進天基太陽天文臺”，將讓人類更加清楚地認識和熟悉這顆與我們關系最密切的恒星。

1 與我們關系最密切的恒星

太陽是地球的生命之源，為地球上的生命提供光和熱，使萬物蔥蘢。但這個脾氣有些暴躁的火球活動活躍時，也會對地球影響很大，給地球上的人類造成麻煩。

太陽無時無刻不在向周圍的宇宙空間中輻射電磁波以及帶電粒子流等，這被稱為太陽風。變化的太陽磁場不僅可以在光球層產生黑子，還能觸發耀斑和日冕物質拋射。其中，太陽黑子磁場強、溫度低，數量和位置呈現出周期性變化，即太陽11年活動周期;太陽耀斑是一種強烈的輻射爆發，非常明亮，可以持續幾分鐘到幾小時，它是太陽系中最激烈的爆炸事件，所輻射出的光的波長橫跨整個電磁波譜(從射電波到伽馬射線);日冕物質拋射則是指太陽的外層大氣日冕會突然猛烈地釋放出等離子體和磁場。

太陽耀斑和日冕物質拋射產生的磁云，會裹挾著大量帶電高能粒子直奔地球而來，導致地球磁層和電離層擾動，造成航天器軌道衰變，衛星載荷發生故障甚至毀壞，威脅載人任務的航天員健康，干擾通信和導航系統，引起電網超載等。例如，1989年發生的一次太陽風暴就使加拿大魁北克地區發生大規模停電;2003年再次發生類似情況，使瑞典電網電力中斷，并導致多顆在軌衛星發生故障。此外，一個巨大的日冕物質拋射可包含數十億噸的物質，這些物質會被加速到極高的速度沖向太空，在其旅途中可與任何行星或航天器發生撞擊。

其實，科學家們很早就開始觀測太陽，因為它是與我們關系最密切的一顆恒星，也是唯一一顆可以詳細研究的恒星。觀測或探測太陽有兩大基本意義：一是作為宇宙中目前唯一可以進行高空間分辨表面觀測的恒星，具有天體物理學上的重要性，而其它恒星因為距離我們太遠，無法進行高分辨率觀測;二是由于人類依存于太陽，因此需要認識太陽的變化及對人類的影響。

太陽會釋放出不同波長的光，但地球的大氣并非對所有的波段都是透明的，在地面上只能觀測到可見光和紅外光，以及有限的紫外光和射電輻射，它們在寬廣的太陽輻射波譜中只占很小的一部分。此外，在地面上的可見光波段觀測太陽會受到陰雨天氣影響，無法做到連續觀測，而且還會受到地球大氣吸收、擾動等因素的影響，使得觀測分辨率很低。所以，只有將太陽望遠鏡發射到太空中去，避開地球大氣的影響，從各個波段研究太陽，才能夠描繪出一幅完整的圖像。

通過太陽觀測衛星持續監測太陽的活動，一旦發生太陽耀斑、日冕物質拋射等爆發活動，科學家可以至少提前40個小時得到信息，從而及時做出相關的防護舉措，避免太陽活動對人類生存環境造成破壞。

2 努力實現“空間天氣預報”

從20世紀60年代起至今，全球已有幾十顆太陽觀測衛星升空，以便摸清太陽的脾氣，了解太陽磁場中蘊藏的能量以及該能量對地球的影響，實現空間天氣預報。這不僅對認識宇宙有重大意義，而且可為有效防護太陽的危害提供可靠的依據。

1962年3月，美國發射了世界第一顆太陽觀測衛星“軌道太陽觀測臺-1”。1962年至1975年，美國共發射了8顆“軌道太陽觀測臺”，主要測量太陽X射線、γ射線、預報太陽耀斑，為載人航天任務提供空間天氣基本數據。1963年至1976年，美國發射了11顆“太陽輻射衛星”，在11年的太陽活動周期內監測和預報太陽耀斑事件。此后，美國又發射了“太陽峰年衛星”“太陽-磁層探測者”等一系列太陽觀測衛星。同時，其他國家也發射了一些太陽觀測衛星。

另外，20世紀60年代至90年代，美國與歐洲聯合開發的“太陽神”“尤利塞斯”等航天器，進入到日心軌道對太陽進行了觀測。第一個進入拉格朗日L1點(在此處航天器可以獲得不間斷的太陽觀測視野，是太陽觀測衛星的理想軌道位置)觀測太陽的航天器是美國1978年發射的國際日地探測者-3。接著，美國的“風”和歐洲的“太陽和日球層觀測臺”也進入到拉格朗日L1點觀測太陽。此后，太陽觀測衛星發射進入低潮，“哈勃空間望遠鏡”等非太陽觀測衛星受寵。

近年來科學家們發現，太陽對地球氣候和空間天氣影響越來越巨大，因此一些國家又重新開啟了太陽觀測衛星的研制和發射。

2006年9月23日發射的太陽-B(又稱“日出”)衛星，其上裝有日本與美國和英國聯合研制的太陽光學望遠鏡、太陽X射線望遠鏡和遠紫外成像光譜儀共3臺科學觀測儀器。依靠這“3只眼”，太陽-B重點研究了太陽磁場和日冕之間的相互作用，從而加深了對太陽大氣動力機制等方面的了解，獲取了更多有關太陽如何向外拋射高能粒子等信息。

2006年10月25日，美國發射的一對孿生太陽觀測衛星——“日地關系觀測臺”升空。每個“日地關系觀測臺”裝有16臺共4組探測儀器，即“日地關系日冕與日光層探測儀”“粒子與日冕物質拋射原位測量儀”“等離子體與超灼熱粒子成分分析儀”和“行星際射電暴追蹤儀”。這兩顆衛星主要利用在太空中相互錯開的優越定位“注視”太陽，首次為人類展示了太陽黑子爆發時的全景三維圖像，并前所未有地展現了日地之間能量流動的獨特景象，幫助科學家研究了太陽周邊環境、太陽活動對整個太陽系造成的影響，以及日冕的產生、活動及其噴發帶來的后果，更精準地觀測了太陽爆發。“日地關系觀測臺”第一次從地球軌道傳回太陽爆發三維圖像，有助于天文學家準確預測太陽風暴對航天員和通信衛星所造成的影響，極大地增進了對太陽爆發的了解。

2010年2月9日，美國“太陽動力學觀測臺”升空，運行在地球同步軌道，以確保幾乎不間斷地觀察太陽磁場、噴發的等離子體和眾多其他現象，每天能收集到的有關這些現象遠比現有衛星收集的信息要多，從而能更準確、及時地預測空間天氣。

3 中國新星致力揭秘“一磁兩暴”

2021年10月14日，我國成功發射了首顆太陽觀測衛星“羲和號”，其主要科學載荷是帶有Hα濾光片的太陽Hα成像光譜儀，在世界上首次實現對太陽Hα波段的光譜成像觀測。

太陽Hα譜線是太陽爆發時響應最強的色球譜線，能夠直接反映太陽爆發的源區特征。通過對這條譜線的數據分析，可獲得太陽爆發時大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽爆發的動力學過程及物理機制，彌補當前空間望遠鏡在太陽低層大氣(光球和色球)觀測上的不足，顯著提高我國在太陽物理領域的國際影響力。

該太陽觀測衛星可在同一時間得到Hα波段附近任意波長點的全日面圖像，實現全天候、高時空分辨率、高光譜分辨率的太陽觀測，為太陽爆發的研究提供準確可靠的數據。

但要實現高光譜分辨率成像，要求在成像過程中探測載荷具有極高的指向精度和穩定度，所以對該衛星平臺的性能提出了極大的挑戰。為此，“羲和號”采用了超高指向精度、超高穩定度平臺(簡稱“雙超”衛星平臺)設計，首次在軌應用了磁浮技術，實現了平臺艙、載荷艙可分離式構型設計，從而使載荷艙具有超高精度指向控制和超高穩定度，較現有水平提升1至2個數量級，這對我國衛星空間科學探測及衛星技術發展具有重要意義。

對地球和人類造成影響的黑子、太陽耀斑抑或日冕物質拋射，產生的根源都是太陽磁場。擬于2022年10月發射的我國第二顆太陽觀測衛星“先進天基太陽天文臺”，其主要科學目標就是揭示太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質拋射(“一磁兩暴”)的起源、相互作用和彼此關聯。

“先進天基太陽天文臺”重888千克，運行在高720千米的太陽同步軌道上，能24小時對太陽進行連續不斷地觀測，設計壽命至少4年，因此，可在太陽第25活動周的峰年期間，對太陽上兩類最劇烈的爆發現象——太陽耀斑和日冕物質拋射，以及全日面矢量磁場開展同時觀測，也能為災害性空間天氣預報提供支持。該衛星入軌后，每天將產生大約500GB的觀測數據，且全部科學數據和分析軟件將面向全球用戶開放共享，共同實現其科學目標。

為了測量太陽磁場、觀測日冕物質拋射和太陽耀斑，“先進天基太陽天文臺”攜帶3臺科學觀測儀器。其中的萊曼阿爾法太陽望遠鏡工作在一個國際上最新的觀測波段窗口，用于在紫外萊曼阿爾法與可見光波段對全日面和內日冕進行成像，觀測日冕物質拋射、太陽耀斑以及暗條等劇烈的太陽大氣爆發活動，為空間天氣預報提供內日冕的觀測數據支持，填補國際上對該波段內日冕觀測的空白，揭開更多關于太陽爆發的謎底;太陽硬X射線成像儀擁有國際上同類望遠鏡中最多的99個探測器，用于觀測太陽耀斑爆發的非熱現象;全日面矢量磁像儀的時間分辨率相對較高，用于觀測太陽磁場，研究太陽耀斑爆發和日冕物質拋射與太陽磁場之間的因果關系。

延伸閱讀

近距離探索太陽的奧秘

為了獲得更有價值、更高分辨率的太陽科學數據，近年研制、發射對太陽進行近距離探測的太陽探測器正悄然興起。因為它除了有太陽觀測衛星的優點外，還具備一些“絕活”，例如可以對太陽背面進行觀測，獲得太陽背面的活動數據，這有助于對太陽電磁風暴進行中短期預報;也能對太陽極區進行觀測，從而全面研究太陽風暴對日地空間環境的影響。

2018年 8 月，美國發射了“帕克太陽探測器”。其最大亮點是能“觸及太陽”，在距離太陽表面大約9個太陽半徑的地方(約600萬千米)，對太陽進行全方位探測，獲取日冕、太陽風等方面的信息。2020年2月，歐洲和美國聯合打造的“太陽軌道器”也升空了，它是首個能直接為太陽兩極拍照的探測器。

我國科學家也在建議實施下列計劃。一是“太陽顯微”計劃，用于對太陽進行高分辨率或近距離多視角的多波段觀測。為此，科學家建議研制、發射“深空太陽天文臺”“太陽極區探測器”等。

二是“太陽全景”計劃，用于在關注太陽局部高分辨率觀測的同時，注重太陽整體行為的研究，多波段聯合診斷太陽變化規律，建立小尺度運動與大尺度變化的聯系，探求太陽變化機理。今年將要發射的“先進天基太陽天文臺”就屬于該計劃之一。

我國科學家還建議實施“鏈鎖”計劃，用于對日地整體聯系中的關鍵耦合環境進行探測，了解日地空間天氣鏈鎖變化過程及規律，認識太陽活動對地球空間和人類社會的影響，實現精確的實時空間天氣預報服務。其主要的建議項目包括“夸父”計劃、“太陽爆發探測小衛星”等，其中“磁層-電離層-熱層射電耦合”小衛星星座探測計劃已經立項研制。