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与众不同的先进天基太阳天文台卫星

原创
太阳 航空航天 阿尔法 天文台
中国航天报

大约在46亿年前,在距离银河系中心约2.6万光年处的螺旋臂上,一团分子云开始在自身的引力作用下坍缩,逐渐形成了太阳。

太阳,是与我们关系最密切的一颗恒星,人类就生活在由太阳这颗恒星所控制的太阳系内生活。虽然它为我们带来了光明和温暖,但也会对地球产生重大影响。

“夸父逐日”“羲和浴日”……从古老的传说开始到现在,人们在逐渐认识太阳。10月9日,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭发射成功的先进天基太阳天文台卫星(ASO-S卫星),就是一颗专门用于研究太阳的航天器,它将进一步助力我国展开对太阳这颗炙热恒星的探测。

ASO-S卫星示意图

拥有多个国际首次

自上世纪60年代以来,人类已经发射了70多颗与太阳探测相关的卫星,而我国在太阳探测卫星方面长期缺席。

随着综合国力的不断增强和国家对空间科学的重视,我国太阳空间观测的发展迎来机遇期,虽起步晚,但发展快。2021年7月5日,风云三号E星发射升空,首次搭载了太阳X-EUV成像仪;2021年10月14日,“羲和号”成功发射,成为国内首颗太阳探测科学技术实验卫星;而先进天基太阳天文台卫星则是我国首颗综合性太阳观测专用卫星。

先进天基太阳天文台卫星是我国太阳物理界在2011年自主提出的太阳空间探测计划卫星方案。它的成功发射,将实现我国太阳卫星探测领域的进一步突破。

先进天基太阳天文台卫星拥有多个“国际首次”——国际上首次以“一磁两暴”(太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射)作为卫星的科学目标并配置相应的载荷组合;国际上首次在一颗卫星平台上对全日面矢量磁场、太阳耀斑非热辐射成像,同时观测日冕抛射物质的日面形成和近日冕传播;国际上首次在莱曼阿尔法波段实现全日面和近日冕同时观测。

据公开资料显示:先进天基太阳天文台卫星的科学目标是研究耀斑与日冕抛射物质的相互关系和形成规律;研究耀斑爆发和日冕抛射物质与太阳磁场之间的因果关系;研究太阳爆发能量的传输机制及动力学特征;探索太阳爆发,为我国空间天气预报提供支持。

为获得尽可能多的观测时间,先进天基太阳天文台卫星采用了高度720公里左右、周期约99分钟的太阳同步晨昏轨道。这样的轨道只有在每年5月中旬到8月共约2.5个月的时间存在阴影,而且每轨最长阴影时间不超过18分钟。

太阳活动呈周期性变化,周期平均为11年,太阳黑子是太阳活动的重要标志。在一个活动周期开始后,太阳黑子数量逐渐增多,太阳活动加剧,太阳黑子数量达到最多的年份,称为太阳峰年。太阳活动第25周峰年预计在2024年到2025年左右出现。

为此,先进天基太阳天文台卫星计划以太阳活动第25周峰年作为契机,详细记录该时间段的太阳风暴。届时,围绕先进天基太阳天文台卫星的观测结果的研究将成为国际热点,科学家在研究太阳活动规律的同时,及时预报太阳暴发对人类的影响,以造福全人类。

“六边形战士”

尽管太阳距离地球约1.5亿公里,但一旦太阳“发威”,耀斑和日冕物质抛射产生的磁云会裹挟着大量带电高能粒子,直奔地球而来,对地球环境,尤其是与人们生活息息相关的电磁环境造成严重破坏。

2003年的万圣节期间,太阳不甘寂寞充当了一次“捣蛋鬼”的角色,结结实实给地球捣了一次乱,使欧美的GOES、ACE、SOHO和WIND等一系列科学卫星都遭受到不同程度的损害,导致全球卫星通信受到干扰,GPS全球定位系统受到影响,定位精度出现了偏差,致使地面和空间一些需要即时通信和定位的交通系统遭到不同程度瘫痪。这次太阳事件也被称为“万圣节风暴”。

不仅如此,今年夏天以来,我国很多地区都出现罕见的持续高温天气,江西、湖南、重庆等地的旱情尤为严重。这也引发大家的疑问与讨论,其中部分话题就指向了近期频繁的太阳活动。

为了避免人类生存环境遭受影响,研究和预报太阳的爆发活动成了必不可少的事情。据计算,一旦发生太阳耀斑、日冕物质抛射等爆发活动,科学家可以至少提前40个小时得到信息,从而及时做出相关的防护举措,以避免对人类生存环境造成破坏。这正是先进天基太阳天文台卫星的使命。

先进天基太阳天文台卫星配置了3台载荷,它们分别是全日面矢量磁像仪、莱曼阿尔法太阳望远镜和硬X射线成像仪。

3台载荷各具特色。例如全日面矢量磁像仪,其时间分辨率相对较高;硬X射线成像仪比国际同类仪器探头数目要多,有99个探测器;莱曼阿尔法太阳望远镜则不仅能进行内日冕观测,同时莱曼阿尔法谱线本身又是一个新的观测波段窗口。

ASO-S卫星示意图

3台载荷作用极大。以空间天气监测预警为例,科研人员可以通过全日面矢量磁像仪的磁场数据分析太阳耀斑发生的概率;通过莱曼阿尔法太阳望远镜的数据研究耀斑与日冕物质抛射的关系;通过硬X射线成像仪对日冕物质抛射的观测,可预测其到达地球的时间和影响,以便相关部门及时采取应对措施。

更重要的是,先进天基太阳天文台卫星将为国际太阳物理学研究提供关键数据——太阳矢量磁场、视向速度、白光和莱曼阿尔法全日面及内日冕图像、硬X射线流量、能谱和成像数据,因此也被科研人员称为“六边形战士”。

据了解,先进天基太阳天文台卫星投入使用后,每天将产生大约500GB的探测数据,卫星获取的全部科学数据和分析软件将面向全球用户开放共享,共同实现该卫星的科学目标。(中国航天报记者 刘岩)

评论
姚秀秀
举人级
用心工作,在生活的每个环节都在想工作的事情。
2022-11-01
科普87526143
学士级
先进的中国太阳天文台卫星
2022-10-20
科普5efae5b3b9973
学士级
太阳,是与我们关系最密切的一颗恒星,人类就生活在由太阳这颗恒星所控制的太阳系内生活。
2022-10-18