首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”取得重大成果

2011-07-07 15:49:27 赵强 太阳探测科学技术试验羲和号

  2022年8月30日,国家航天局在京正式发布我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”取得的系列新成果,那么我国首颗抬眼探测科学技术试验卫星“细河号”取得了怎样的成果呢?下面就请各位跟着小编一起来看一看吧!

  首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”取得重大成果

  “羲和号”于2021年10月14日发射升空,运行于平均高度为517公里的太阳同步轨道,主要科学载荷为太阳Hα成像光谱仪。“羲和号”升空以来,国家航天局组织航天科技集团、南京大学、中科院等任务单位,圆满完成了“羲和号”在轨测试和试验工作。

  高分专项总设计师兼副总指挥、国防科工局重大专项工程中心主任赵坚介绍,作为我国首位太阳专属“摄影师”,经过前期在轨测试与调试,“羲和号”已成功实现了国际首次空间太阳Hα波段光谱扫描成像,国际首次在轨获取太阳Hα谱线、SiⅠ谱线和FeⅠ谱线的精细结构。根据这些谱线的精细结构,可反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度场,发生在太阳大气中的活动可被详细记录到,进而研究太阳活动的物理过程。目前,“羲和号”每天都在按照既定任务计划开展科学观测,已经观测到了近百个太阳爆发活动,相关研究工作正在开展,科学数据已向全球开放共享。

  除太阳科学探测取得的成果外,在新型卫星技术试验方面,“羲和号”在国际上首次实现了主从协同非接触“双超”(超高指向精度、超高稳定度)卫星平台技术在轨性能验证及工程应用,实现了国际首台太阳空间Hα成像光谱仪在轨应用,实现了国际首台原子鉴频太阳测速导航仪在轨验证。

  “羲和号”卫星,给太阳做CT扫描

  顾名思义,太阳空间探测就是通过卫星等航天器在太空中观测太阳。“羲和号”的全名“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星”也道出它的两方面任务:科学观测和技术试验。

  “羲和号”的研究目标是太阳低层大气,即光球层和色球层的动力学过程,以及太阳爆发活动的物理机制。太阳的光球层是我们肉眼可见的部分,在光球层上面大约2000公里的范围内,则是太阳的色球层。“羲和号”通过其主要科学载荷Hα成像光谱仪,专门观测光球层和色球层,在国际上首次实现了全日面Hα波段的光谱成像。Hα是氢原子的一条人眼可见的、红色的谱线。对于太阳的物理研究而言,Hα谱线十分重要。它的线心反映了色球层的信息,线翼反映了光球层的信息。如果提高仪器光谱分辨率,将这条谱线细分,可以获得光球层和色球层不同高度处的太阳图像,相当于给太阳大气做了一次CT扫描。

  Hα波段的光谱成像,是“羲和号”实现研究目标的“金钥匙”。通过一次扫描(时间小于60秒),可以获得日面上近1600万个点的光谱信息,这是前所未有的观测。另外,“羲和号”是在太空“看”太阳,不受地球大气扰动、天气影响,避免了以往地面观测的局限性。目前,“羲和号”正处于在轨测试阶段,从得到的初步观测数据来看,数据质量达到了预期指标。未来,“羲和号”的观测数据在经过科学标定后将对全世界科学用户开放,在国际太阳的物理和空间物理研究中贡献中国力量。

  在技术试验方面,“羲和号”将自身卫星平台的控制精度提高两个数量级,即“双超”(超高指向精度、超高稳定度平台)。它实现了平台舱和载荷舱“动静隔离非接触”总体设计,不仅阻断了平台舱微振动的传递路径,同时解决了平台舱热变形对载荷舱的影响。Hα成像光谱仪不再需要导行系统和稳像系统,大大降低了载荷的研制难度和成本。如果说“羲和号”是一位拍摄太阳的摄影师,那么“双超”将让他在举起相机时,瞄得快、对得准、拍得稳。未来,这种新型的卫星平台还可以广泛应用于其他高精度的空间天文探测中。

各显神通,太阳空间探测进入新阶段

  当前,太阳空间探测已进入新阶段。高时空分辨率、高光谱分辨率、多波段、多视角探测等多种技术、多种方式各显神通。例如2018年8月发射的帕克太阳探测器可以到达距太阳约600万公里处,直接测量日冕等离子体参数,研究太阳风的起源和加速、太阳高能粒子的加速和传播、日冕加热等科学问题。2020年2月发射的太阳轨道探测器,最近可到达距太阳约4200万公里的地方,可以在一定程度上观测太阳的极区,研究诸如极区磁场和日震学等科学问题。

  在国际太阳探测的热潮中,我国的相关科研工作也将更上一层楼。目前,我国的太阳 物理学界与相关工程部门已联合提出日地L5点太阳探测工程、环日探测计划、太阳极轨探测计划、太阳抵近探测计划等。这些工程和计划均属太阳空间立体探测,即从不同方向观测太阳。要想解决诸如太阳磁场的产生和演化及其与太阳活动的关系、太阳爆发的物理机制及其对空间天气的影响这类重大科学和应用问题,空间立体探测必不可少。

  以日地L5点太阳探测工程为例。该工程计划可以长期稳定地观测太阳及行星际空间环境。日地L5点与太阳和地球的连线呈等边三角形,卫星可以提前4到5天观测到即将面向地球的活动区,也可以监测太阳爆发向地球传播的整个过程。这将帮助我们探索太阳磁场的起源和演化、揭示太阳活动的三维结构和物理机制、监测太阳爆发的行星际传播和对地响应。

  从夸父逐日到羲和探日,中华民族对太阳的求知探索从未停歇。中国太阳 物理科研工作者和航天工作者,将以更加坚定的信念、更为严谨的态度,继续扬帆星辰大海。

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