風(fēng)云三號(hào)E星發(fā)布首批高精度、多波段太陽圖像

風(fēng)云三號(hào)E星太陽光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。國家衛(wèi)星氣象中心供圖

9月2日，風(fēng)云三號(hào)E星（“黎明星”）首批高精度、多波段太陽圖像正式發(fā)布。

此次對(duì)外發(fā)布衛(wèi)星觀測(cè)圖像的主題為“黎明星看太陽”，包括太陽X射線極紫外成像儀觀測(cè)的太陽極紫外圖像、多天動(dòng)畫、X射線圖像以及太陽輻照度光譜儀觀測(cè)的紫外—短波紅外波段的精細(xì)光譜輻射強(qiáng)度。

國家衛(wèi)星氣象中心副主任、風(fēng)云三號(hào)極軌氣象衛(wèi)星地面系統(tǒng)總指揮張鵬表示，這批圖像展現(xiàn)了太陽日冕大氣中活動(dòng)區(qū)和冕洞空間分布結(jié)構(gòu)和變化，研究人員可據(jù)此更好地監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)太陽活動(dòng)水平。

擺脫對(duì)國外資料的依賴

太陽是地球天氣氣候和空間環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)源，外部結(jié)構(gòu)分三層，從里向外依次是光球?qū)印⑸驅(qū)雍腿彰釋印Ｈ藗內(nèi)庋劭吹降氖枪馇驅(qū)樱@一層較為熟知的現(xiàn)象有太陽黑子，而最直接影響地球環(huán)境的是日冕層，相關(guān)業(yè)務(wù)和科學(xué)觀測(cè)需求最為旺盛。

張鵬介紹，目前，我國太陽活動(dòng)水平監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)主要是利用國外衛(wèi)星資料為航天航空、通信導(dǎo)航、電網(wǎng)和石油管道等相關(guān)行業(yè)用戶提供空間天氣服務(wù)保障。

風(fēng)云三號(hào)E星于2021年7月5日成功發(fā)射，是全球首顆太陽同步晨昏軌道民用業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星，搭載了11臺(tái)套遙感儀器。其中，“黎明星”裝載的太陽X射線極紫外成像儀、太陽輻照度光譜議等6臺(tái)儀器可用于空間天氣業(yè)務(wù)，開展空間天氣監(jiān)測(cè)。

太陽X射線極紫外成像儀是我國第一臺(tái)空間太陽望遠(yuǎn)鏡，也是國際上首臺(tái)具有X射線和極紫外兩個(gè)波段的太陽成像儀。其觀測(cè)數(shù)據(jù)用于監(jiān)測(cè)太陽日冕活動(dòng)，捕捉太陽風(fēng)暴爆發(fā)過程，預(yù)報(bào)地球空間電磁場(chǎng)和帶電粒子變化，預(yù)警太陽活動(dòng)對(duì)航天航空、通信導(dǎo)航、電網(wǎng)和石油管道等基礎(chǔ)設(shè)施的影響。

太陽輻照度光譜儀是我國第一臺(tái)空間對(duì)日全能譜高光譜觀測(cè)儀器，可以監(jiān)測(cè)太陽入射地球的能量微小變化，包含豐富的太陽光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)，對(duì)精密監(jiān)測(cè)地球氣候系統(tǒng)能量變化具有重要意義。

張鵬表示，“黎明星”太陽X射線極紫外成像儀等投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，可為當(dāng)前我國太陽活動(dòng)水平監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供自主可控的觀測(cè)數(shù)據(jù)，擺脫對(duì)國外資料的依賴。

此外，觀測(cè)資料還可為我國第一代空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)模式提供研發(fā)和檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)支撐，觀測(cè)資料也可以為太陽物理研究、深化對(duì)太陽風(fēng)暴機(jī)理和過程的理解和認(rèn)識(shí)提供重要觀測(cè)數(shù)據(jù)。

太陽到底什么樣

從此次發(fā)布的太陽極紫外圖像上可以看到，太陽活動(dòng)區(qū)蘊(yùn)含著巨大的磁場(chǎng)能量，它們?cè)趫D像上呈現(xiàn)為明亮的區(qū)域，活動(dòng)區(qū)上方等離子體溫度高達(dá)數(shù)百萬攝氏度，當(dāng)活動(dòng)區(qū)中蘊(yùn)含的磁能釋放出來時(shí)，會(huì)產(chǎn)生耀斑等太陽爆發(fā)現(xiàn)象。

“耀斑猶如太陽大氣中的‘猛烈風(fēng)暴’，可在短時(shí)間內(nèi)釋放出多達(dá)1025焦耳的能量，在極紫外圖像上表現(xiàn)為非常明亮的斑塊。”張鵬解釋，耀斑會(huì)擾動(dòng)地球空間環(huán)境，影響人造衛(wèi)星的正常運(yùn)行，干擾載人航天活動(dòng)。

由太陽極紫外圖像做成的動(dòng)畫展示了日冕在數(shù)天之內(nèi)的變化。冕洞在太陽極紫外圖像上好像一個(gè)黑黢黢的洞穴，是日冕中溫度較低、密度較低的區(qū)域。“來自冕洞的高速太陽風(fēng)如果吹拂到地球，會(huì)擾動(dòng)我們的地磁場(chǎng)，有時(shí)會(huì)帶來地磁暴和絢麗的極光。”張鵬說。

由于X射線比極紫外波長(zhǎng)更短，因此，太陽X射線圖像看到的是太陽活動(dòng)區(qū)內(nèi)溫度更高、顯示更亮的日冕氣體。

“地面設(shè)備難以觀測(cè)太陽日冕層發(fā)生的活動(dòng)，而極紫外波段可以看到日冕層中的活動(dòng)區(qū)和冕洞等主要結(jié)構(gòu)，X射線可以看到更亮的日冕氣體。”張鵬告訴《中國科學(xué)報(bào)》，將不同波段結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽爆發(fā)現(xiàn)象全面有效的監(jiān)測(cè)。

“我們還在太陽極紫外圖像上疊加了入射到地球大氣層頂?shù)奶柟庾V精細(xì)結(jié)構(gòu)，這是我國首次從空間對(duì)日觀測(cè)獲得的全光譜數(shù)據(jù)，可以清晰地看到豐富的太陽夫朗和斐譜線及其精細(xì)結(jié)構(gòu)。”張鵬表示，太陽光譜數(shù)以萬計(jì)的吸收線和發(fā)射線，是一個(gè)極為豐富的太陽信息寶藏。

太陽“體檢”護(hù)地球“健康”

空間天氣和人們生活息息相關(guān)。國家空間天氣預(yù)報(bào)臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)張效信對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》表示，來自太陽的爆發(fā)現(xiàn)象會(huì)影響地球的磁場(chǎng)和電離層，干擾人造衛(wèi)星運(yùn)行、影響導(dǎo)航定位精度、中斷無線電通信，甚至可能引起電網(wǎng)故障而導(dǎo)致大范圍停電。因此，對(duì)太陽活動(dòng)進(jìn)行時(shí)刻監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)太陽活動(dòng)是實(shí)時(shí)發(fā)布空間天氣現(xiàn)報(bào)、警報(bào)與預(yù)報(bào)的重要基礎(chǔ)。一方面，太陽活動(dòng)影響地球的空間環(huán)境，另一方面，它還影響著地球的天氣氣候系統(tǒng)，因?yàn)樘柺俏覀冎饕哪芰縼碓础！睆埿耪f。

“黎明星”裝載的太陽X射線極紫外成像儀、太陽輻照度光譜儀等設(shè)備，能從光譜、成像、輻射總量等不同視角對(duì)太陽進(jìn)行全方位同步觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了太陽光譜信息全覆蓋，可以幫助科學(xué)家更深入了解太陽的物理狀態(tài)。

對(duì)太陽進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以看作給太陽做“體檢”，監(jiān)測(cè)的通道越多、覆蓋的光譜信息越全面，能做的“體檢”項(xiàng)目就越多。“‘黎明星’既可以給太陽做‘X光’，又能做‘CT掃描’，這樣我們對(duì)太陽的‘身體’情況就會(huì)了解得更全面，出現(xiàn)問題及時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警。”張鵬告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

據(jù)悉，“黎明星”首批圖像系國家衛(wèi)星氣象中心與中科院國家天文臺(tái)、北京大學(xué)等團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)的成果。除衛(wèi)星相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用，“黎明星”將繼續(xù)為國內(nèi)科研部門提供科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)。辛雨