中国空间探日时代已来临！解密探日先锋官羲和号

　　撰文焦维新（北京大学地球与空间科学学院）
　　本文来自《知识就是力量》杂志
　　在刚刚过去的2021年，中国深空探测取得了举世瞩目的成就。羲和号作为中国首颗太阳探测卫星，于2021年10月14日成功发射升空，并顺利进入平均高度517千米的太阳同步轨道，这标志着中国正式进入空间探日时代。我们为什么要对太阳进行探测？作为中国空间探日计划的先锋官，羲和号有哪些看家本领？
　　羲和号卫星（供图焦维新）
　　太阳也会发脾气？
　　太阳是宇宙中与人类关系最密切的一颗恒星，在地球演化和人类文明发展过程中发挥着不可替代的作用。太阳给地球带来光和热，是维持地球上一切生命的源泉，地球大气的循环、昼夜的交替、四季的轮转、地球冷暖的变化都是太阳作用的结果。
　　太阳并不总是温柔的，有时会发脾气发生爆发性活动，即在短时间内爆发式地释放出巨大的能量。太阳的活动和条件几乎在每个时间尺度上都不同，太阳磁场大约每22年会发生一次完全的方向变化，会产生大约11年的太阳活动周期。随着磁场变得越来越复杂，它会在太阳表面附近释放能量，即以太阳耀斑、日冕物质抛射或极快的带电粒子释放的形式出现，这些就是太阳的爆发性活动。
　　太阳的爆发性活动不会像地震、暴雨那样给人类带来直接的、巨大的灾难，这个大可放心。但由于人类进入太空时代已经半个多世纪，对各种卫星以及导航、定位、通信等高科技系统的依赖性越来越强，而卫星与高科技系统恰恰会受到太阳活动的直接影响，因此，太阳的发怒会严重影响航天、导航、定位、通信等高科技系统。于是，观测和预报太阳的爆发性活动就非常重要了。
　　离太阳越来越近的探日卫星
　　自古以来，人们就关注太阳，广义的观测可以追溯到上古时代，中国早在汉成帝河平元年（公元前28年）就有了肉眼观测太阳黑子的记录。对太阳进行系统观测则始于1610年，即伽利略发明天文望远镜后的第二年，人类开始用望远镜观测和记录太阳黑子，开启了太阳科学观测的时代。经过400多年的发展，尤其自20世纪50年代末进入太空时代以来，通过地基太阳望远镜和天基太阳探测器的联合观测，人类对太阳有了全新认识。
　　艺术家绘制的怕克太阳探测器接近太阳的概念图（供图美国国家航空航天局）
　　到目前为止，世界各国已经发射了45颗太阳探测器，即太阳观测卫星。随着科学技术的发展，太阳观测卫星的水平越来越高，而且越来越靠近太阳观测。例如，帕克太阳探测器到太阳表面最近距离只有太阳半径的8。86倍，比水星到太阳的距离还近许多。
　　羲和号的金钥匙
　　2021年10月14日，中国第一颗太阳探测科学技术试验卫星羲和号顺利升空，打破了中国无太阳探测专用卫星的历史，拉开了中国太阳空间探测的序幕。
　　H波段下的全日面像（供图焦维新）
　　羲和号的全名是太阳H光谱探测与双超平台科学技术试验卫星。H波段的光谱成像仪是羲和号观测太阳的金钥匙，它专门观测光球层和色球层，在国际上首次实现了全日面H波段的光谱成像。简单来说，通过一次扫描（时间小于60秒），我们可以获得日面上近1600万个点的光谱信息，这是前所未有的。太阳H谱线是研究太阳活动在光球和色球响应时的最好谱线之一，对该谱线进行数据分析，可获得太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化，研究其动力学过程和物理机制。
　　在国际太阳探测的热潮中，中国相关科研工作也将更上一层楼。未来的夸父计划是研制发射先进天基太阳天文台卫星，发射后将位于日地系统第一拉格朗日点这是最佳位置，可以不间断地观测太阳。该项目已纳入中国科学院先导计划，计划于今年发射。