中国首颗太阳探测卫星即将发射,背后究竟有怎样的意义?

2021-09-28 20:26:13 上观新闻

9月28日开幕的第十三届中国国际航空航天博览会上,一颗身披“黄金甲”的卫星首次亮相,它就是由中国航天科技集团上海航天技术研究院抓总研制的“太阳双超卫星”。记者从上海航天技术研究院获悉,这颗卫星最快将于今年10月发射,它的成功发射将标志着我国正式进入“探日时代”。

为何要开展空间太阳探测,难点又在哪?带着这些问题,记者采访了上海航天技术研究院相关专家,揭开太阳探测背后的秘密。

众所周知,太阳是宇宙中唯一可以进行高空间分辨观测的恒星。

一则,通过对太阳的探测,可以深入了解天体磁场的起源和演化、高能粒子的加速和传播等重要物理过程,对天体物理学研究具有重要意义。

二则,太阳的变化深刻影响着地球上的一切生命。尤其是“强耀斑”和“日冕物质抛射”等太阳活动事件时刻影响着地球的空间环境,干扰通信和导航、威胁航天员的健康,甚至毁坏航天器。

可以说,对太阳活动的观测和研究不仅具有重要的科学意义,更有巨大的应用价值。

从对日观测现状来说,我国已初步建立了地面太阳监测网,并在太阳光谱、太阳磁场领域取得了一定的成果。但由于地球大气对紫外和X射线等电磁波是不透明的,因此历史上的空间太阳观测在资源有限、技术条件不足的情况下,观测对象重点是太阳的高层大气,也就是日冕及过渡区,而可见光等波段观测主要基于地面望远镜。

然而,地面上的可见光波段观测会受到阴雨天气影响,无法做到连续观测,而且受到地球大气吸收、扰动等因素的影响,观测分辨率很低。因此,开展光学波段的空间观测已经成为国际太阳物理领域的大趋势。这就需要发射可以用于太空观测的探日卫星。

探日卫星观测的光学波段中,太阳Hα谱线最为关键。它是太阳爆发时响应最强的色球谱线,能够直接反应爆发的源区特征,可以弥补当前空间望远镜在太阳低层大气观测上的不足。

上海航天专家表示,利用高光谱成像技术,可以在同一时间得到Hα波段附近任意波长点的全日面图像,实现全天候、高时空分辨率、高光谱分辨率的太阳观测,可为太阳爆发的研究提供准确可靠的数据。

值得一提的是,要实现高光谱分辨率成像,要求成像过程中探测载荷具有极高的指向精度和稳定度,这对卫星平台的性能提出极大挑战。

从国际上看,上世纪70年代至今,美欧日等航天国家和组织已发射数十颗专用太阳探测卫星。譬如,首次实现太阳极轨探测的“尤利西斯”探测器、首次在日地拉格朗日L1点开展探测的“太阳和日球层天文台”探测器、首对太阳进行最近距离达到9个太阳半径抵近探测的“帕克”探测器等。当前,空间太阳探测正在向多波段、多视角、近距离、高时空分辨率的方向发展,空间太阳探测已成为推动太阳物理学科发展的主要动力。    

据透露,我国即将发射的太阳双超卫星的主要科学载荷为太阳Hα成像光谱仪,将在国际首次实现空间太阳Hα波段的光谱成像探测。通过对这条谱线的数据分析,可获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化,研究太阳爆发的动力学过程及物理机制,显著提高我国在太阳物理领域的国际影响力。同时,卫星采用超高指向精度、超高稳定度平台(简称“双超”平台)设计,通过平台舱、载荷舱可分离式设计理念,将实现载荷舱的超高精度指向控制,较现有水平提升1至2个数量级。