夸父逐日不陌生，但“夸父一号”你了解多少？

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导语：本月初，中国在酒泉卫星发射中心成功将“夸父一号”太阳探测卫星发射升空，卫星最终运行在距离地面约720千米的太阳同步晨昏轨道，正式拉开了我国对日空间探测的序章。

一、人类为何执着于“逐日”？

万物生长靠太阳，太阳是地球上所有能量的根本来源，占有太阳系总体质量的99.86%，对于地球的重要性不言而喻。

人类很早就意识到了太阳的重要性，对于太阳的探索由来已久，但由于太阳照射地球的光亮度过大，影响了对于太阳的持续性观测。直到上世纪60年代左右，人类探测技术极大提升后，在宇宙空间中对太阳的系统性探索才逐渐开展。

• 太阳表面有大量不规则的磁场

太阳巨大的光和热是由内部极高温的核聚变产生，它几乎是一个热等离子体与磁场混杂的理想球体。因为核聚变的产物经过较长时间导向表面，因此太阳表面由大量流淌着的等离子体构成，而太阳表面磁场的分布深受表面高温等离子体流的影响。

经过多年的观测，人们认为太阳的各项剧烈活动都与内部的磁场具有联系，例如太阳黑子、日冕物质抛射、太阳耀斑等，都可以解释为太阳表面等离子体分布的不均衡，因此能够较好掌握太阳表面的磁场对于掌握太阳活动、并以此来预测空间天气（例如太阳风）有着很深的意义。

• 三种主要太阳运动

等离子体的太阳保持自转，表面不同处的旋转半径不同，因此太阳的不同位置展现不同的转速。同时也有不少科学家猜测，在太阳内部的等离子体也可能比表面具备更快的角速度，自转产生的动力学会比普通的固态星球复杂得多。

尽管太阳的形状基本等于完美球体，但球体中不同位置的等离子体转速不同，并叠加物质导向表面的压力，这些相对速度的差异就会将原本理想的均匀磁场打破，形成局部的强磁场或弱磁场——太阳普通磁场大约为1-2高斯，但太阳黑子爆发时会达到1000-3000高斯的级别。这些现象并无固定的周期可言，例如日冕物质抛射和太阳耀斑就是表面强大磁场磁力线绷断的直接后果。

• 日冕物质基本沿着绷断的磁力线抛射

对于太阳的研究而言，相比监控太阳表面照片信息，科学家普遍认为研究太阳磁场是一种更加直接的路径。

二、“夸父一号”成功逐日的设备有多精良？

“夸父一号”全名为先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory)，以神话人物为名的“夸父一号”的成功发射，标志着我国在太阳磁场领域的研究迈入新的台阶。

先进天基太阳天文台的质量为888千克，设计寿命为四年。它的探索科学目标瞄准“一磁两暴”——太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射。为了满足这个要求，它装备有三台科学载荷：全日面矢量磁像仪、硬X射线成像仪和莱曼阿尔法太阳望远镜。

全日面矢量磁像仪是我国第一台空间太阳磁场测量设备，专门用来绘制太阳表面磁场，实现全日面矢量磁场的持续观测。仪器所获得的数据是支持太阳磁场理论的基础。

硬X射线成像仪的功能是在硬X射线波段对太阳进行能谱和成像观测，硬X射线波段对应的主要目标是太阳耀斑活动所产生的可见光和X射线。这项装备主要为了监控太阳耀斑活动，旨在研究耀斑的形成和演化机制。

• “夸父一号”装备三台科学载荷

莱曼阿尔法太阳望远镜的主要任务是观测太阳大气的爆发活动，例如日冕物质抛射、太阳耀斑。在谱线理论中，氢原子中的电子从激发态跃迁至基态的谱线被称为莱曼系，其中激发态n=2跃迁至基态产生的谱线称为莱曼阿尔法谱线，是一种紫外线，其理论上的波长为1216 Å。而这是日冕中能观测到的最强的紫外线，它是太阳剧烈运动的重要标志。

• 不同波段下的太阳

在同一颗卫星中结合不同的太阳观测设备，能够有效地让“夸父一号”完成制定的三大科研目标：研究耀斑和日冕物质抛射的相互关系和形成规律；观测和绘制大量全日面太阳矢量磁场；与“羲和”号和他国卫星合作，观测太阳大气不同层次对太阳活动的反应，研究太阳表层和内部的能量传输机制和流体动力学。

三、优先近地轨道“逐日”有何考量？

2022年是第25个太阳活动周期的开端，今年的太阳活动越来越频繁，预计本轮活动的峰值在2024年至2026年。我国在近期发射“夸父一号”，也正是以此为契机加强太阳运动峰值的研究。

太阳看起来很平静，实际上却无时无刻不在发生剧烈的活动，太阳风的增强还会严重干扰地球上精密仪器的正常工作。除去上述三大科学性任务，“夸父一号”的一项拓展应用是预报空间天气，为地球空间环境的安全提供保障，必要时也在保护精密仪器方面起到指导作用。为了做到这一点，它需要位于良好的探测位置并保持全天候的高频数据输出。

“夸父一号”位于距离地表约720千米的地球同步晨昏轨道（卫星与地球直线和太阳与地球直线夹角始终一致），意义在于卫星能始终以相同的角度面对太阳，并保持在晨昏分界线上。这巧妙避免了太阳极强的热力，并起到直视太阳的效果。

因此，在全天候观测的同时能够始终以最大效率充电，使得卫星每昼夜能产生并传输给地面约500GB的信息，与无法成像、只能捕捉太阳周围环境中粒子的近日卫星起到互补作用，可谓是尽职尽责的“太空哨兵”了。

• 太阳即将进入新的活动周期

中国航天在一个月内连续完成“追月”、“逐日”的喜人成就，标志着我国从“航天大国”向“航天强国”迈进。我国的宇宙空间开发已经逐渐从近地应用向深空科研探测转变，相应设备的水准正持续提高。

结语：

此次，设计寿命为四年的“夸父一号”正好能赶上第25个太阳周期的峰值，这为我国进一步研究和推测太阳系内部的物理机制提供了宝贵的素材。