“羲和”探日 成果丰硕

◆本刊综合

2022年8月30日，我国正式公布首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”创下的5个国际首次科学探测和卫星技术成果。

从“羲和号”上看太阳，能观测到什么？这些科学探测成果对人类认识太阳有哪些新贡献？后续太阳探测活动还将如何开展？

太阳空间探测实现“零”突破

2021年10月14日，“羲和号”发射升空，作为首位太阳专属“摄影师”，为我国实现了太阳空间探测的“零”突破。

“羲和号”完成了国际首次太阳空间Hα成像光谱仪在轨应用，成功实现了国际首次空间太阳Hα波段光谱扫描成像，国际首次在轨获 取 太 阳Hα谱 线、SiI谱 线 和FeI谱 线的精细结构。

其中，Hα成像光谱仪进行光谱扫描成像，分辨率达0.0024纳米，每张光谱扫描图像都包含了300多张照片，分别对应了光球层和色球层不同高度处的太阳图像，相当于给太阳低层大气进行“CT”扫描。每一张“CT”图又反映了日面上近1600万个点的信息。

根据这些谱线的精细结构，人类可反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度场，可详细记录到发生在太阳大气中的活动，进而研究太阳活动的物理过程。

图1 全日面色球多普勒速度场（图/国家航天局官网）

拍照又精又稳

在太空中，卫星载荷哪怕一次微小振动，都会让成像效果差之毫厘、谬以千里。要在距太阳1.5亿公里的地球附近对太阳“明察秋毫”，这对相机的指向精度和稳定度提出了更高的要求。

“羲和号”首次实现了“双超”（超高指向精度、超高稳定度）卫星平台技术在轨性能验证及工程应用。采用“动静隔离非接触”总体设计新方法，将平台舱与载荷舱物理隔离，有效隔绝了卫星平台的干扰，通过大带宽、超高精度磁浮作动器，实现了相机指向精度10-4°量级和稳定度10-5°/s量级的“双超”指标。就像给相机装上了高精尖的“云台”，让相机对得准、拍得稳。

未来，“双超”平台技术将在高分辨率遥感、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中被推广应用，推动我国空间技术的跨越式发展。

图2 “羲和号”太阳Hα线心图像（图/国家航天局官网）

空间测速全新解决方案

“羲和号”搭载的原子鉴频太阳测速导航仪，国际首次在轨采用原子鉴频原理，可实时准确地确定太阳光的频率变化，进而获取卫星相对太阳的视向速度。经过在轨实测，导航仪的速度测量精度优于2 m/s，为未来深空探测任务中的自主导航提供了一种新型的速度测量技术手段。

数据开放共享

“羲和号”发射成功后，国家航天局牵头成立了卫星数据科学委员会，制定了数据政策供国内外科学家研究、使用、共享卫星探测数据。目前，“羲和号”的科学数据已向全球开放共享。

当前正处于第二十五个太阳活动周期，全世界又进入太阳研究新的高峰期。我国作为航天大国，还将发射先进天基太阳天文台卫星，以“一磁两暴”为科学目标，对太阳耀斑、日冕物质抛射和全日面矢量磁场开展观测，为预报严重影响人类正常生活的空间灾害性天气提供支持。

此外，我国正在论证后续太阳探测发展计划，科学家们希望按照在黄道面内多视角探测、大倾角太阳极区探测和太阳抵近观测“三步走”计划，进一步了解太阳的构造，确定太阳活动的三维结构，掌握机理和活动规律，为推动人类科学文明的发展贡献力量。