夸父逐日，是無(wú)數中國人自幼耳熟能詳的神話(huà)。今天，神話(huà)正在變成現實(shí)——中國綜合性太陽(yáng)探測衛星先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺“夸父一號”正在試圖揭開(kāi)太陽(yáng)的神秘面紗！

　　“自20世紀60年代以來(lái)，世界空間大國已經(jīng)先后發(fā)射了六七十顆太陽(yáng)探測相關(guān)衛星，而我國在太陽(yáng)探測專(zhuān)用衛星方面一直缺席。雖然我國太陽(yáng)物理科學(xué)論文排名世界前列，但我們真不好意思說(shuō)自己在太陽(yáng)物理方面已經(jīng)走在國際前沿。”“夸父一號”首席科學(xué)家、中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員甘為群說(shuō)，“如今，我們可以自豪地說(shuō)‘夸父一號’將實(shí)現我國太陽(yáng)衛星探測跨越式突破！我們將為太陽(yáng)研究作出更多原創(chuàng )性貢獻！”

　　三個(gè)“國際首次”瞄準太陽(yáng)“一磁兩暴”

　　大約46億年前，在距離銀河系中心約2.6萬(wàn)光年之處的螺旋臂上，一團分子云開(kāi)始在自身的引力作用下坍縮，逐漸形成了太陽(yáng)。太陽(yáng)是我們的“母星”，地球上的一切生產(chǎn)生活都與太陽(yáng)息息相關(guān)，但它偶爾爆發(fā)的“小脾氣”也會(huì )給我們帶來(lái)阻礙——太陽(yáng)風(fēng)暴將規模巨大的噴射的物質(zhì)和能量“吹”到近地空間，可引起地球磁層、電離層、中高層大氣等地球空間環(huán)境強烈擾動(dòng)，從而影響人類(lèi)活動(dòng)。

　　太陽(yáng)活動(dòng)呈周期性變化，周期平均為11年，太陽(yáng)黑子數量達到最多的年份，稱(chēng)為太陽(yáng)活動(dòng)峰年，是太陽(yáng)活動(dòng)最劇烈的時(shí)候。據科學(xué)家們預測，2024年到2025年左右，將是太陽(yáng)活動(dòng)的第25周峰年。甘為群說(shuō)：“我們選擇在這個(gè)時(shí)間發(fā)射‘夸父一號’，就是為了更好地了解太陽(yáng)。它的設計壽命不少于4年，可以基本覆蓋太陽(yáng)峰年的極大期，這對我們的科學(xué)研究、實(shí)現衛星科學(xué)目標是非常有利的。”

　　“夸父一號”的科學(xué)目標是“一磁兩暴”。甘為群說(shuō)：“這個(gè)詞是專(zhuān)門(mén)為這顆衛星提出來(lái)的，‘磁’就是磁場(chǎng)，‘兩暴’就是太陽(yáng)上兩類(lèi)最劇烈的爆發(fā)現象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射。我們就是要研究這三者之間的關(guān)系，即磁場(chǎng)與耀斑的關(guān)系，磁場(chǎng)與日冕物質(zhì)拋射的關(guān)系，日冕物質(zhì)拋射與耀斑的關(guān)系；研究它們的形成、演化、相互作用和可能存在的因果關(guān)聯(lián)，同時(shí)為空間天氣預警提供支持。”

　　為了實(shí)現這個(gè)目標，從理念提出到有效載荷研制，再到系統集成，“夸父一號”作出了很多原始創(chuàng )新。甘為群將其總結為三個(gè)國際首次：國際上首次以“一磁兩暴”作為衛星的科學(xué)目標并且配置相應的載荷組合；國際上首次在一顆近地衛星上，對全日面矢量磁場(chǎng)、太陽(yáng)耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成和近日冕傳播同時(shí)進(jìn)行觀(guān)測；國際上首次在萊曼阿爾法譜線(xiàn)波段實(shí)現全日面和近日冕無(wú)縫同時(shí)成像觀(guān)測。

　　三大載荷“無(wú)間斷”觀(guān)測太陽(yáng)

　　“夸父一號”重量約859公斤，入軌后的尺寸是2105毫米×9184毫米×2456毫米。在這樣的空間里，科學(xué)家們妥善安置了三大載荷，讓“夸父一號”本領(lǐng)高強：全日面矢量磁像儀（FMG）、萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠鏡（LST）和硬X射線(xiàn)成像儀（HXI），它們分別觀(guān)測太陽(yáng)磁場(chǎng)、日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)耀斑。

　　“每一臺儀器都有自己的特色。”“夸父一號”衛星系統總師，中國科學(xué)院微小衛星創(chuàng )新研究院研究員諸成介紹：

　　——全日面矢量磁像儀，追蹤太陽(yáng)活動(dòng)的源頭。FMG的測量目標是太陽(yáng)光球磁場(chǎng)，其獲得的矢量磁場(chǎng)數據不僅可以幫助我們深入理解耀斑和日冕物質(zhì)拋射過(guò)程中的能量積累、觸發(fā)、釋放和傳輸機制，也可以幫助我們更準確地研究太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的預報模型，為更精確的空間天氣預報提供觀(guān)測基礎。

　　——萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠鏡，太陽(yáng)觀(guān)測的新窗口。LST載荷由三臺儀器組成，其將對太陽(yáng)全日面和近日冕進(jìn)行萊曼阿爾法和白光波段的成像觀(guān)測，其主要科學(xué)任務(wù)是觀(guān)測日冕物質(zhì)拋射和耀斑等劇烈的太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)，并為空間天氣預報提供內日冕的觀(guān)測數據支持。LST載荷在萊曼阿爾法波段的觀(guān)測將填補國際上對該波段從全日面到內日冕連續觀(guān)測的空白。

　　——硬X射線(xiàn)成像儀，窺探寧靜面紗下的風(fēng)暴。HXI由3臺結構上獨立的單機組成：準直器、量能器以及電控箱，它們可分別類(lèi)比于相機中的鏡頭、CCD和控制系統。HXI的主要科學(xué)目標是在30keV～200keV能量段對太陽(yáng)耀斑的硬X射線(xiàn)輻射進(jìn)行能譜和成像觀(guān)測，是已知唯一一個(gè)在太陽(yáng)活動(dòng)第25周峰年期間提供地球視角觀(guān)測的太陽(yáng)高能成像儀器，對研究耀斑非熱輻射源的形成和演化機制以及粒子加速過(guò)程具有極為重要的意義。

　　“夸父一號”的軌道選擇也有“門(mén)道”。諸成說(shuō)：“選取720公里高的晨昏太陽(yáng)同步軌道，為硬X射線(xiàn)成像儀提供粒子背景比較低的良好環(huán)境，同時(shí)有利于降低大氣散射雜光對萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠鏡的成像干擾。這個(gè)軌道全年只有約3個(gè)月存在較短地影，其他時(shí)間是全日照，可以連續長(cháng)時(shí)間進(jìn)行太陽(yáng)觀(guān)測。”

　　在太陽(yáng)物理研究中，作出更多原創(chuàng )性重大貢獻

　　“夸父一號”每天可以為科學(xué)家提供500GB科學(xué)數據，供科學(xué)家進(jìn)行太陽(yáng)物理學(xué)研究。“夸父一號”科學(xué)應用系統總師、中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員黎輝說(shuō)：“‘夸父一號’衛星發(fā)射之后，將經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的在軌測試。測試正常后，會(huì )按照國際慣例，對全世界相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者，實(shí)時(shí)免費開(kāi)放。”

　　國際上已有幾十顆專(zhuān)門(mén)或相關(guān)的太陽(yáng)探測衛星了，近年來(lái)，我國發(fā)射了中國首顆太陽(yáng)探測科學(xué)技術(shù)試驗衛星“羲和號”，美國也發(fā)射了“帕克號”太陽(yáng)探測器，中國還有必要發(fā)射一個(gè)全新的太陽(yáng)探測衛星嗎？

　　甘為群的答案是：當然需要！

　　甘為群解釋?zhuān)芭量颂枴笔秋w到太陽(yáng)附近進(jìn)行觀(guān)測的衛星，“這也意味著(zhù)會(huì )受到非常強烈的熱輻射，不能對太陽(yáng)進(jìn)行直接的成像觀(guān)測。所以，‘帕克號’只能局地探測太陽(yáng)大氣中的粒子、磁場(chǎng)和太陽(yáng)風(fēng)等太陽(yáng)環(huán)境。而‘夸父一號’是直接‘看’太陽(yáng)，用遙測遙感的手段觀(guān)測太陽(yáng)，對太陽(yáng)進(jìn)行成像，與‘帕克號’在科學(xué)目標上是不一致的，可以互為補充。”

　　而“羲和號”則是一顆科學(xué)試驗衛星，主要目標是從技術(shù)上驗證一種衛星平臺——“雙超”平臺。甘為群介紹，“夸父一號”這顆衛星是專(zhuān)門(mén)為太陽(yáng)觀(guān)測而提出的，是完全以科學(xué)目標為牽引的空間科學(xué)衛星計劃。所以這顆衛星的提法是“空間科學(xué)衛星”，這跟“羲和”是不一樣的。此外，“羲和號”和“夸父一號”在科學(xué)目標、觀(guān)測對象、觀(guān)測波段等方面均不相同。

　　“據統計，2010年左右，中國在太陽(yáng)物理領(lǐng)域發(fā)表論文的總量已經(jīng)排在世界第二。但我們寫(xiě)論文所用的絕大部分觀(guān)測數據都是來(lái)自國際上的太陽(yáng)衛星。”甘為群說(shuō)，“正是在這樣的背景下，我們在2011年提出了先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺衛星項目，如今，萬(wàn)事俱備，且看中國！”