全球「逐日」:中國首顆綜合性太陽探測衛星蓄勢待發

撰文:劉言
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中國科學院紫金山天文台早前發布消息指出,中國首顆綜合性太陽探測衛星——先進天基太陽天文台(ASO-S)計劃於2022年上半年發射升空,預期在軌運行時間不少於4年。這也標誌着中國繼開啟探索月球、火星行動後,即將進入「探日」時代。

人類所生活的地球位於太陽系,太陽距離地球平均約1.5億公里,是與人類最密切的一顆恒星,它的質量佔據了整個太陽系可見物質量的99.86%,系太陽系的絕對引力中心,其所有動向都在決定着太陽系的空間環境變化,對人類所處的地球大氣層、日光照射強度、航天器運行空間環境等都有着很大的影響。

2012年11月16日,美國國家航空航天管理局發佈的照片顯示,太陽表面在四小時時間內有兩處明顯的耀斑噴發,這一景象由304埃極端紫外線波長捕捉。(視覺中國)

以2003年發生的「萬聖節風暴」(2003 Halloween solar storms)事件為例,當年的萬聖節期間,太陽耀斑和日冕物質拋射產生的磁雲裹挾着大量帶電高能粒子,使歐美的GOES、ACE、SOHO和WIND等一系列科學衛星都遭受了不同程度損害,全球衛星通訊受到干擾,GPS全球定位系統受到影響,地面和空間一些需要即時通訊和定位的交通系統或多或少經歷了「癱瘓」。

鑑於此類情況,持續對太陽活動進行監測的必要性更為凸顯。而太陽磁場活動具有11年的周期,新的太陽活動周期差不多從2021年開始,2022年逐步進入上升期,預計在2024年到2025年左右達到極大峰值。

從各個波段研究太陽,才能夠描繪出一幅完整的太陽圖像,但在地球表面上對太陽進行觀測,由於地球大氣層的存在,只能觀測到有限的波段,若要在全波段,尤其是可見光波段之外觀測太陽,則只有將探測器發射到太空中去,以避開地球大氣的影響。中國將綜合性太陽探測衛星安排在2022年發射,正好能覆蓋太陽磁場活動從早期到上升期,再到極大的全過程。

2003年「萬聖節風暴」期間,美國得克薩斯拍攝到的景象。(NASA)

20世紀60年代以來,國際上已經先後發射了70多顆太陽探測相關衛星。美俄兩個航天大國早前已對太陽進行了一些觀測研究,2018年8月美國發射的帕克太陽探測器(Parker Solar Probe)正在再次靠向近日點的過程中,作為一顆繞太陽運行的衛星,它可在極近距離對太陽表面進行詳細觀測,是全球目前功能最強、科技含量最高的太陽觀測衛星。

由美國、日本和歐洲三方共同合作開發的新一代太陽探測衛星「太陽觀測衛星C_極紫外高靈敏度光譜望遠鏡」(Solar-C_EUVST)正在研製中,較之帕克太陽探測器,其功能更強,預估2025年前後發射。從公開報道來看,該太陽探測衛星軌道暫定為高度720公里,周期大約達到90分鐘的太陽同步晨昏軌道上,之後它將對太陽大氣中的物質和能量傳輸機制展開研究。

探索外太空是一場具有高度戰略意義的競爭,作為太空競賽的後來者,雖然多年前中國就提出了「太陽顯微」、「太陽全景」、「夸父計劃」等太陽觀測計劃,但基本上尚未深入開展空間太陽探測任務。

「先進天基太陽天文台」是「太陽全景」計劃的一部分,設計重量約1噸,其上將搭載全日面太陽矢量磁像儀(FMG)、萊曼阿爾法太陽望遠鏡(LST)、太陽硬X射線成像儀(HXI)3個主要載荷,主要科學目標為研究「一磁兩暴」,即太陽磁場以及兩類最劇烈的太陽爆發現象——耀斑和日冕物質拋射。

ASO-S將工作在距離地表720公里的太陽同步軌道,這樣的軌道設計基本可滿足一天24小時連續觀測太陽。先進天基太陽天文台項目首席科學家、中科院紫金山天文台研究員甘為群表示,ASO-S將有助於人們了解磁場、耀斑和日冕物質拋射三者之間物理關係,對認識磁場演變產生這兩個暴發,直至對地球影響及預報空間天氣非常有作用。

於人類而言,太陽具有特殊性、重要性,全球「探日」競逐正在上演,而隨着中國的加入,這場競逐又多了些變數。

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