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“夸父一号”开启太阳探测之旅!我国成功发射综合性太阳探测卫星“夸父一号”

航空航天 夸父计划

10月9日7时43分,我国在酒泉卫星发射中心采用长征二号丁型运载火箭,成功将先进天基太阳天文台“夸父一号”发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

“夸父一号”全称“先进天基太阳天文台”(Advanced Space-based Solar Observatory,简称ASO-S),是由中国太阳物理学家自主提出的综合性太阳探测专用卫星,也是中国科学院空间科学先导专项继“悟空”“墨子号”“慧眼”“实践十号”“太极一号”“怀柔一号”之后,研制发射的又一颗空间科学卫星,实现了我国天基太阳探测卫星跨越式突破。

“夸父一号”是用来干什么的?它与去年我国发射的“羲和号”卫星有何区别?针对这些问题,《中国科学报》采访了“夸父一号”首席科学家甘为群,卫星系统总师诸成,科学应用系统总师黎辉。

“夸父一号”卫星示意图 中科院紫金山天文台供图

《中国科学报》:为何想到以“夸父一号”为卫星命名?

“夸父一号”首席科学家、中国科学院紫金山天文台研究员甘为群:

将先进天基太阳天文台命名为“夸父一号”有两层含义,一方面“夸父”是广为人知的中国神话人物,“夸父逐日”的故事表达了中国古代先民胸怀大志、探索自然、英勇顽强的精神,蕴含了中华民族千百年来试图揭开太阳神秘面纱的不懈求索。另一方面寓意着“夸父一号”将与未来中国太阳探测卫星一道,开启中国综合性太阳观测的新时代。“嫦娥奔月”对仗“夸父逐日”,完美地诠释了中国人热爱自然、探索自然的情怀与浪漫。

《中国科学报》:“夸父一号”卫星是用来干什么的?

甘为群:这颗卫星的科学目标就是四个字“一磁两暴”。“磁”就是磁场,“两暴”就是两个太阳上两类最剧烈的爆发现象——耀斑、日冕物质抛射。

我们要研究这三者之间的关系,即磁场与耀斑的关系,磁场与日冕物质抛射的关系,日冕物质抛射与耀斑的关系,还要研究它们的形成、演化、相互作用和可能存在的因果关联,为空间天气预警提供支持。

“夸父一号”实现了“三个国际首次”——国际上首次以“一磁两暴”作为卫星的科学目标并且配置相应的载荷组合;国际上首次在一颗近地卫星平台上,对全日面矢量磁场、太阳耀斑非热辐射成像、日冕物质抛射的日面形成和近日冕传播同时进行观测;国际上首次在莱曼阿尔法谱线波段实现全日面和近日冕无缝同时成像观测。

《中国科学报》:最近太阳物理领域非常热,例如,NASA发射了“帕克号”卫星,我国去年发射了“羲和号”卫星,今年又发射了“夸父一号”卫星,这些探日卫星的区别在哪里?

甘为群:“帕克号”卫星是美国主导的飞到太阳附近进行观测的卫星,它的轨道是个大的椭圆,最近的近日点可以达到10个太阳半径左右,这意味着它受到的太阳的热是非常强的,不可能面对太阳来进行观测,只能在前面加上厚厚的防热罩,所以它只能探测到太阳附近粒子、磁场这些环境,不能直接看太阳。而“夸父一号”这颗卫星是直接看太阳,是用遥测遥感的手段观测太阳,对太阳进行成像。所以说它们是互补关系。“帕克号”当然是非常先进的,但“帕克号”和“夸父一号”的科学目标不一样。

跟我国去年10月份发射的“羲和号”卫星比较,“羲和号”卫星全称叫“太阳探测科学试验卫星”,是一颗科学试验卫星,主要是想从技术上验证一种超高指向精度、超高稳定度的“双超”卫星平台。“羲和号”上放的望远镜在Hα波段工作,在地面上也可以工作,但是放到天上以后有非常大的好处,即它可以连续对太阳进行观测,还可以克服地球大气抖动等带来的一系列问题,可以在短时间内扫描全日面,并在扫描的波长范围里对每一个光谱点进行成像。

“羲和号”在2019年6月立项,“夸父一号”是2017年底立项的。与“羲和号”不一样,“夸父一号”是专门为观测太阳提出的,是完全以科学目标为牵引的空间科学卫星计划,所以“夸父一号”被称为“空间科学卫星”,它在科学目标、观测对象、观测波段等方面与“羲和号”完全不同。

《中国科学报》:国际上目前太阳探测发展的整体情况如何?我国在国际上处于什么位置?

甘为群:2011年,中国科学院空间科学先导专项(一期)正式启动,我们提出了“夸父一号”卫星计划。当时,国际上已经有70多颗太阳探测专用卫星或相关领域的卫星。作为太阳物理研究工作者,我们的心里非常非常着急。

太阳物理在中国的天文学研究框架中占据的体量超过1/10,在2010年前后,中国在太阳物理领域发表论文的总量已经在国际上排名第二。但是,我们写论文所用的观测数据绝大部分来自国际上的太阳卫星,美国、日本、欧洲他们发卫星之后,与我们共享资料、软件、数据,我们发表文章甚至比他们还要多。作为一个科研工作者,作为中国的太阳物理学家,我们能说自己是“世界领先”吗?正是在这样的背景下,我们下决心一定要发射自己的科学卫星。“夸父一号”就是要推动我国对国际太阳物理研究做出原创性的重大贡献。

“夸父一号”先后经历了预先研究、背景型号、综合立项论证等程序,最终在2017年底获得工程立项批复,又经过了5年的工程研制,克服了重重困难,终于发射成功。

《中国科学报》:“夸父一号”卫星将如何实现科学目标?

甘为群:为实现“一磁两暴”的科学目标,“夸父一号”上配了三个有效载荷,全日面矢量磁像仪、莱曼阿尔法太阳望远镜、硬X射线成像仪,它们分别观测太阳磁场、日冕物质抛射和太阳耀斑。每一台仪器都有自己的特色。

“夸父一号”卫星系统总师、中国科学院微小卫星创新研究院研究员诸成:星上装载的全日面矢量磁像仪是我国第一台空间太阳磁场测量设备,可实现全日面光球矢量磁场的持续观测,与国际同类载荷相比具有更高的磁场测量灵敏度和时间分辨率。

莱曼阿尔法太阳望远镜是我国第一台空间莱曼阿尔法太阳望远镜,它可以实现莱曼阿尔法波段从日面到内日冕无缝观测,具有极高的杂散光抑制能力,还具有自动监测太阳耀斑爆发能力,使观测模式能在轨自主转换。

太阳硬X射线成像仪采用独特的傅里叶变换调制成像原理,对太阳耀斑活动中的30—200keV高能辐射进行全日面高分辨率成像和能谱探测,性能指标达到国际一流水平。

《中国科学报》:“夸父一号”卫星如今已经发射成功,后续还要做什么?

甘为群:这颗卫星发射后,要经历一段时间的在轨调试,之后会进入正常工作模式。三个载荷每天可以观测到大约500GB的数据量,通过地面支撑系统和科学应用系统的处理后向全球开放。“夸父一号”的设计寿命不少于4年,太阳活动有11年的周期,卫星的设计寿命可以基本覆盖太阳峰年的极大期,这对我们的科学研究、实现卫星科学目标是非常有利的。

《中国科学报》:“夸父一号”卫星在数据共享方面有什么计划?

“夸父一号”科学应用系统总师、中国科学院紫金山天文台研究员黎辉:“夸父一号”的数据是完全开放的。卫星在轨测试完成,数据正常生产之后,会及时对全世界太阳物理、空间环境、空间物理、空间天气等相关领域的科研工作者,实时免费开放。这样的数据共享政策也是基于国际惯例,中国太阳物理学家一直以来都在享受国际开放的数据政策,我国的综合性太阳观测卫星成功在轨运行之后,也要对世界做出承诺。

“夸父一号”卫星示意图 中科院紫金山天文台供图来源:中国科学报

责编:咕噜

评论
科普624d52d4
进士级
夸父逐日,中国科学家的浪漫主义!
2022-10-10
嗨!那你
贡生级
中国,不愧是科技大国,辛苦了科学家们!
2022-10-10
精悍的桃红柳绿车侠
贡士级
期待夸父二号三号
2022-10-10