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北京上海代挂号 发表于 2022-12-17 03:32:24
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转自新华社客户端
我国综合性太阳探测专用卫星“夸父一号”——先进天基太阳天文台（ASO-S）10月9日在酒泉卫星发射中心发射升空，开启对太阳的探测之旅。
“夸父”的探日之旅，怎么探？这位“探秘者”有什么本领？将为人类带回什么信息？一起走近卫星首席科学家和研制团队，揭开“夸父一号”的五重“身份”。
“夸父一号”示意图。（卫星研制团队供图）
探日怎么探？
“夸父一号”示意图。卫星研制团队供图
“夸父一号”有哪些绝活儿？
卫星首席科学家、中科院紫金山天文台研究员甘为群介绍，“夸父一号”上搭载了三台载荷，它们既有组合优势，也各有各的特色和本领。
“夸父一号”上搭载的全日面矢量磁像仪可以观测太阳的全日面矢量磁像数据，它的观测灵敏度和时间分辨率在国际上同类探测器中位居前列；莱曼阿尔法太阳望远镜对应着太阳观测的“新窗口”，可能带回全新的太阳物理信息；而太阳硬X射线成像仪可以对30至200keV能段的X射线成像，其傅里叶分量在空间调制同类设备中最高。
“夸父一号”于2022年10月9日清晨发射升空，随即卫星和各单机按计划依次开机，此后进入4至6个月的在轨测试。测试期间，要对卫星平台和三台载荷的各种性能、功能、观测模式等进行测试，还要进行在轨数据定标。测试完成后，卫星将正式交付科学应用系统管理，届时经过处理后的观测数据和数据分析软件将实时对外开放，让全球的太阳物理学家都有机会使用“夸父一号”的科学数据开展研究工作。
“希望三台仪器的组合观测，能发挥出特色和本领，给我们带来新惊喜。”甘为群说。
“夸父一号”能干哪些事儿？
“夸父一号”的科学目标总结起来是“一磁两暴”。“一磁”指的是太阳磁场，“两暴”指的是太阳上两类最剧烈的爆发现象，即太阳耀斑和日冕物质抛射。搞清楚了这三者之间的联系，不仅有助于认识太阳活动是怎样形成和演化的，对预报空间天气也将提供重要的物理基础。
除了做科研，“夸父一号”还有潜力成为一名为人类服务的空间天气“预报员”和“研究员”。
从广义上看，硬X射线成像仪提供的耀斑非热辐射数据以及全日面矢量磁像仪观测的太阳磁场信息，可为中长期空间天气预报研究提供基础数据。
“而更直接地讲，卫星上搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜，可以‘看见’日冕物质抛射的规模、方向、速度，提前40小时左右对灾害性空间天气事件发出预警。”甘为群说。
“夸父一号”模型照片。研制团队供图
与“羲和号”携手探日
2021年10月，我国已经发射了国内首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”。同为探日卫星，“夸父一号”和“羲和号”有什么不同？
甘为群解释说，“羲和号”可以称为我国探日工程的“探路者”。发射成功后，它除了开展卫星平台超高指向精度、超高稳定度技术试验，上面的主载荷“Hα成像光谱仪”经过一段时间的在轨调试，已经达到预期的观测效果。高时间分辨地获取全日面Hα光谱扫描成像，观测和研究色球动力学，是“羲和号”的主要特色。
而“夸父一号”全称为先进天基太阳天文台。它是我国第一颗综合性太阳探测专用卫星，上面有三台载荷共5台望远镜，实现对太阳“一磁两暴”多波段和空间拓展上的组合观测是其主要特色。
两颗卫星同时在轨工作，非常有利于增加卫星的科学产出。
为什么选择在此时展开探日征途？
甘为群介绍，太阳活动以11年为周期。第25个太阳活动周期开始于2020年下半年，将持续到2031年左右。这一周期内的峰值预计将出现在2024年下半年到2025年上半年，那时太阳爆发现象也最频繁。
“夸父一号”于2022年发射，可以记录下太阳活动由少变多、逐渐活跃直至达到高峰的过程，有利于捕捉到更多的剧烈爆发现象。
虽然现在人类对宇宙的观测已经延伸至130亿光年以外，但迄今为止，太阳仍然是唯一一颗可供我们详细研究的恒星。“对于太阳上的一系列活动，人类的了解还很粗浅。空间探日，是研究和了解太阳的重要一步，对人类自身生存也具有重要现实意义。”甘为群说。
这位“探秘者”有什么本领
空间“预警员”
“‘夸父一号’的核心科学目标是‘一磁两暴’，即太阳磁场，以及太阳上两类最剧烈的爆发现象——太阳耀斑和日冕物质抛射。”“夸父一号”卫星首席科学家、中科院紫金山天文台研究员甘为群说，将利用太阳活动第25周峰年（预期在2024年到2026年左右）的契机，观测、研究“一磁两暴”的形成、相互作用及彼此关联。
甘为群介绍，这样的设计，既是为了更深入地研究太阳的核心物理现象，也是为了给人类当好“预警员”。“夸父一号”依靠多个波段的探测，可以较为连续地观测、追踪太阳爆发的全过程，为影响人类航天、导航等高科技活动的空间灾害性天气预报提供支持。
2022年10月9日，我国成功发射“夸父一号”卫星。新华社发（汪江波 摄）
磁场“侦察家”
磁场被称为太阳物理中的“第一观测量”，大部分的太阳活动直接受太阳磁场的支配。
如果把指南针放在太阳上，会出现十分奇特的现象：在不同区域，指南针指向不同；即便同一区域，不同时间指南针的指向也不相同。之所以这样，是因为太阳磁场远比地球磁场复杂得多。
“在太阳爆发时，‘夸父一号’上搭载的全日面矢量磁像仪，每18分钟就可以对全日面磁场进行一次高精度成像，有助于完整、准确地记录下太阳磁场的变化，进而侦察、破解太阳能量释放的一系列奥秘。”全日面矢量磁像仪载荷主任设计师章海鹰说。
观察“多面手”
当我们想象太阳，脑海中总会浮现出一个黄色的耀眼球体。实际上，太阳的“面貌”要丰富得多，它会释放所有波长的光。除了可以被人眼看见的可见光，还有波长更短的伽马射线、X射线、紫外线，以及波长更长的红外线、射电波等。
要看清太阳的“真面目”，需要借助不同波段的望远镜。“夸父一号”就是一个观察太阳的多面手，它搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X射线成像仪，可以从紫外线、可见光和X射线波段观测太阳。据介绍，太阳硬X射线成像仪像是一个精密“复眼”，可以精准捕捉来自太阳的X射线信息；莱曼阿尔法太阳望远镜可以同时观测全日面和2.5个太阳半径内的近日冕处莱曼阿尔法光。
太阳硬X射线成像仪的金属钨光栅。
科研“工作狂”
从地球上看，太阳东升西落，大约只有一半的“露脸”时间。而飞行在约720公里高的太阳同步晨昏轨道上的“夸父一号”，全年有96%以上的时间处于工作状态，是个实打实的“工作狂”。
通常情况下，星上载荷每几秒至几分钟成像一次，在太阳爆发期，能变为1秒内成像1次，详细记录下太阳活动的整个过程。甘为群介绍，“夸父一号”在全年的绝大部分时间可以24小时不间断对日观测。仅仅在每年5至8月，每天会有短暂时间进入地球的阴影，“休息”最长的一天也不超过18分钟。
“夸父一号”数据分析中心。
数据量“大师”
“夸父一号”总重约859公斤，在太阳探测卫星中体型“中等”，但它是个吞吐数据的“大胃王”。“每天，它将积累和回传约500GB数据，相当于向地球发送几万幅太阳的‘高清大图’。”卫星科学应用系统副总师黄宇说，如果算上处理和加工，每天产出的数据将“塞满”一台家用电脑的硬盘，这在全球的太阳探测卫星中也属于“第一梯队”。
这些数据被接收、还原后，将被打包发送到位于中科院紫金山天文台的卫星数据分析中心。未来4年卫星在轨积累的数据将存储在这里，并由科研人员“翻译”成为可供科学研究的图像和资料。
来源：共青团中央
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