原標題：中國空間探日時代已來臨！解密探日「先鋒官」——羲和號

撰文 / 焦維新（北京大學地球與空間科學學院）

本文來自《知識就是力量》雜誌

在剛剛過去的2021年，中國深空探測取得了舉世矚目的成就。羲和號作為中國首顆太陽探測衛星，於2021年10月14日成功發射升空，並順利進入平均高度517千米的太陽同步軌道，這標誌著中國正式進入空間探日時代。我們為什麼要對太陽進行探測？作為中國空間探日計劃的「先鋒官」，羲和號有哪些看家本領？

羲和號衛星（供圖 / 焦維新）

太陽也會發脾氣？

太陽是宇宙中與人類關係最密切的一顆恆星，在地球演化和人類文明發展過程中發揮著不可替代的作用。太陽給地球帶來光和熱，是維持地球上一切生命的源泉，地球大氣的循環、晝夜的交替、四季的輪轉、地球冷暖的變化都是太陽作用的結果。

太陽並不總是溫柔的，有時會發脾氣——發生爆發性活動，即在短時間內爆髮式地釋放出巨大的能量。太陽的活動和條件幾乎在每個時間尺度上都不同，太陽磁場大約每22年會發生一次完全的方向變化，會產生大約11年的太陽活動周期。隨著磁場變得越來越複雜，它會在太陽表面附近釋放能量，即以太陽耀斑、日冕物質拋射或極快的帶電粒子釋放的形式出現，這些就是太陽的爆發性活動。

太陽的爆發性活動不會像地震、暴雨那樣給人類帶來直接的、巨大的災難，這個大可放心。但由於人類進入太空時代已經半個多世紀，對各種衛星以及導航、定位、通信等高科技系統的依賴性越來越強，而衛星與高科技系統恰恰會受到太陽活動的直接影響，因此，太陽的「發怒」會嚴重影響航天、導航、定位、通信等高科技系統。於是，觀測和預報太陽的爆發性活動就非常重要了。

離太陽越來越近的探日衛星

自古以來，人們就關注太陽，廣義的觀測可以追溯到上古時代，中國早在漢成帝河平元年（公元前28年）就有了肉眼觀測太陽黑子的記錄。對太陽進行系統觀測則始於1610年，即伽利略發明天文望遠鏡後的第二年，人類開始用望遠鏡觀測和記錄太陽黑子，開啟了太陽科學觀測的時代。經過400多年的發展，尤其自20世紀50年代末進入太空時代以來，通過地基太陽望遠鏡和天基太陽探測器的聯合觀測，人類對太陽有了全新認識。

藝術家繪製的怕克太陽探測器接近太陽的概念圖(供圖 / 美國國家航空航天局)

到目前為止，世界各國已經發射了45顆太陽探測器，即太陽觀測衛星。隨著科學技術的發展，太陽觀測衛星的水平越來越高，而且越來越靠近太陽觀測。例如，帕克太陽探測器到太陽表面最近距離只有太陽半徑的8.86倍，比水星到太陽的距離還近許多。

羲和號的「金鑰匙」

2021年10月14日，中國第一顆太陽探測科學技術試驗衛星羲和號順利升空，打破了中國無太陽探測專用衛星的歷史，拉開了中國太陽空間探測的序幕。

Hα波段下的全日面像（供圖 / 焦維新）

羲和號的全名是「太陽Hα光譜探測與雙超平台科學技術試驗衛星」。Hα波段的光譜成像儀是羲和號觀測太陽的「金鑰匙」，它專門觀測光球層和色球層，在國際上首次實現了全日面Hα波段的光譜成像。簡單來說，通過一次掃描（時間小於60秒），我們可以獲得日面上近1600萬個點的光譜信息，這是前所未有的。太陽Hα譜線是研究太陽活動在光球和色球響應時的最好譜線之一，對該譜線進行數據分析，可獲得太陽爆發時的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究其動力學過程和物理機制。

在國際太陽探測的熱潮中，中國相關科研工作也將更上一層樓。未來的「夸父」計劃是研製發射先進天基太陽天文台衛星，發射後將位於日地系統第一拉格朗日點——這是最佳位置，可以不間斷地觀測太陽。該項目已納入中國科學院先導計劃，計劃於今年發射。