“實現(xiàn)了我國空間太陽探測成果零的突破，標志著我國正式步入自主‘探日’時代。”高分專項工程總設計師兼副總指揮、國家航天局對地觀測與數(shù)據中心主任趙堅如此形容。
五個國際首次
“羲和號”的學名，叫作太陽Hα（氫阿爾法）光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛(wèi)星，于2021年10月14日發(fā)射升空，運行于平均高度為517公里的太陽同步軌道，主要科學載荷為太陽Hα成像光譜儀。
近一年來，國家航天局組織航天科技集團、南京大學等工程任務團隊，開展衛(wèi)星平臺超高指向精度、超高穩(wěn)定度技術試驗300余次，太陽光譜成像1000余次，圓滿完成了“羲和號”在軌測試和試驗工作。這些努力，取得了重要成果，其中5項為國際首次。
作為我國首位太陽專屬“攝影師”，“羲和號”在太陽科學探測方面成功實現(xiàn)兩個“國際首次”：國際首次空間太陽Hα波段光譜掃描成像，國際首次在軌獲取太陽Hα譜線、SiΙ（硅一）譜線和FeΙ（鐵一）譜線的精細結構。
“根據這些譜線的精細結構，可反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度場，發(fā)生在太陽大氣中的活動可被詳細記錄到，進而研究太陽活動的物理過程。”趙堅說。
除了太陽科學探測，“羲和號”在新型衛(wèi)星技術試驗方面取得3個“國際首次”成果：實現(xiàn)國際首次主從協(xié)同非接觸“雙超”（超高指向精度、超高穩(wěn)定度）衛(wèi)星平臺技術在軌性能驗證及工程應用；實現(xiàn)國際首臺太陽空間Hα成像光譜儀在軌應用；實現(xiàn)國際首臺原子鑒頻太陽測速導航儀在軌驗證。
“羲和號”衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮陳建新解釋，在太空中，衛(wèi)星載荷一次微小的振動，都會使得成像效果失之毫厘、謬之千里。“雙超”衛(wèi)星平臺打破傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺微振動“難測、難控”的技術瓶頸，采用磁浮控制技術，將平臺與載荷的物理接觸徹底隔絕，確保載荷成像不受平臺擾動的影響，讓其拍照“更穩(wěn)、更準”，將我國衛(wèi)星平臺的姿態(tài)控制水平提升了1至2個數(shù)量級，達到國際先進水平。
未來，“雙超”平臺技術將在高分辨率遙感、太陽立體探測、系外行星發(fā)現(xiàn)等新一代航天任務中得到推廣應用，推動我國空間技術的跨越式發(fā)展。
給太陽做深度“CT”掃描
在五個國際首次中，Hα波段光譜掃描成像特別值得關注。
對太陽物理研究而言，太陽Hα譜線十分重要。它是光子與氫原子相互作用后電子能級躍遷產生的譜線之一，是太陽爆發(fā)時響應最強的色球譜線，能夠直接反映爆發(fā)的源區(qū)特征。對這條譜線開展探測，可以大大提高我們對太陽爆發(fā)物理機制的認識。
太陽大氣從里向外，可分為光球層、色球層和日冕層。與以往太陽探測衛(wèi)星主要通過紫外和X射線對太陽高層大氣日冕層進行觀測不同，“羲和號”衛(wèi)星配備的太陽空間Hα成像光譜儀，專門觀測太陽低層大氣光球和色球，從而全面了解太陽活動的演化過程和物理機制。
“‘羲和號’衛(wèi)星在軌開展的相關試驗，是國際上第一次在太空進行Hα譜線研究。”趙堅說，此前，人類只能在地球上探測太陽Hα譜線，但由于受大氣干擾，探測數(shù)據不連續(xù)、不穩(wěn)定。
據“羲和號”衛(wèi)星首席科學家丁明德介紹，“羲和號”可以在46秒內掃描全日面，獲得約1600萬個點的光譜信息，這是以往太陽觀測從未實現(xiàn)的。通過一次掃描可獲得376個波長位置的太陽圖像，不同波長對應了光球和色球不同的大氣層次，相當于給太陽低層大氣做了一次深度“CT”掃描。
通過深度“CT”掃描，獲得精細的色球和光球二維光譜數(shù)據，可以更加準確地獲得太陽爆發(fā)時大氣溫度、速度等物理量的變化，進而建立太陽爆發(fā)從光球到日冕的能量積累、釋放、傳輸?shù)耐暾锢砟Ｐ汀＿@對研究太陽爆發(fā)的動力學過程及物理機制提供關鍵依據，對太陽低層大氣和太陽爆發(fā)的觀測具有重要意義。
目前，“羲和號”每天都在按照既定任務計劃開展科學觀測，已經觀測到了近百個太陽爆發(fā)活動，相關研究工作正在開展。
全球進入太陽研究新的高峰期
為什么要探日？
作為太陽系的中心天體，太陽對地球的影響無所不在。
“太陽爆發(fā)產生大量帶電高能粒子，對地球電磁環(huán)境造成嚴重破壞，其中尤以太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射對地球電磁環(huán)境影響最為顯著。”趙堅解釋，強耀斑和日冕物質拋射等太陽活動干擾通信和導航、威脅航天員的健康，甚至毀壞航天器，對太陽活動的觀測和研究不僅具有重要的科學意義，更具有巨大的應用價值。此外，通過對太陽的探測，人類可以深入了解天體磁場的起源和演化、高能粒子的加速和傳播等重要物理過程，對天體物理學研究具有重要意義。
人類對太陽的觀測和研究已有400多年歷史，但對太陽的科學認識仍然很不夠。自20世紀60年代以來，隨著航天技術的快速發(fā)展，全世界已發(fā)射了70多顆太陽觀測衛(wèi)星，聚焦太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射等的觀測和研究。
“太陽活動周期約11年，2021年至2022年是人類有記錄以來第25個太陽活動周期的開始，全世界又進入太陽研究新的高峰期。探測和研究太陽活動，提出應對措施，可以降低或規(guī)避對地球的不利影響。”趙堅說。
“羲和號”科學數(shù)據向全球開放共享
“羲和號”的成功發(fā)射和在軌應用，讓我們的科學家可以“站高望遠”，也更加自主。
趙堅告訴記者，國際太陽探測發(fā)展變化很快，我國在太陽觀測領域發(fā)表論文數(shù)量已居世界第二位，但是使用的數(shù)據均來自國外衛(wèi)星數(shù)據。
“‘羲和號’打破了我們在此領域的被動局面。”趙堅說。
自主的同時，我們還要開放——“羲和號”的科學數(shù)據向全球開放共享。
目前，國家航天局牽頭成立了衛(wèi)星數(shù)據科學委員會，制定了數(shù)據政策，供國內外科學家研究、使用、共享衛(wèi)星探測數(shù)據。“力爭產生更多的原創(chuàng)性科學成果，為人類科學事業(yè)作出中國貢獻。”趙堅說。
