10月14日18時51分，我國在太原衛星發射中心成功發射首顆太陽觀測衛星“羲和號”——“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星”，標志我國正式進入“探日時代”。

2021年底前后，我國還計劃把一個“先進天基太陽天文臺”送到地球軌道，以進一步增加對太陽的認識。

今年珠海航展上展出的“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星”模型

再次受寵

太陽是地球的生命之源，為生命提供光和熱，使萬物蔥蘢；但這個脾氣有些暴躁的火球也經常對地球人的生活造成威脅。

現在人們認識到，太陽風暴對人類社會的危害越來越大，有的可導致地球磁層和電離層擾動，造成航天器軌道衰變，衛星載荷發生故障甚至毀壞，威脅承擔載人任務的航天員的健康，干擾通信和導航系統，以及引起電網超載等等。例如，1989年發生的一次太陽風暴就使加拿大魁北克地區發生了大規模停電；2003年再次發生的太陽風暴，使瑞典電網電力中斷，并導致多顆在軌衛星發生了故障。

其實，科學家們很早就開始觀測太陽，因為有兩大基本意義：一是作為宇宙中目前唯一可以進行高空間分辨表面觀測的恒星，觀測太陽具有天體物理學上的重要性；二是由于人類依存于太陽，因此需要認識太陽的變化及其對人類的影響。

可是，在地面上的可見光波段觀測太陽會受到陰雨天氣影響，導致我們無法做到連續觀測。 同時，還會受到地球大氣吸收、擾動等因素的影響，使得觀測分辨率很低。 所以，用衛星觀測太陽就成為了解和研究太陽的一個重要技術手段。

從20世紀60年代起至今，全球已有幾十顆太陽觀測衛星升空，以便摸清太陽的脾氣，了解太陽磁場中蘊藏的能量以及該能量對地球的影響，實現空間天氣預報。這不僅對認識宇宙有重大意義，而且可為有效防護太陽的危害提供可靠的依據。

1962年3月，美國發射了世界第一顆太陽觀測衛星——軌道太陽觀測臺-1。在1962至1975年期間，美國共發射了8顆“軌道太陽觀測臺”，主要測量太陽X射線和γ射線，以及預報太陽耀斑，為載人航天任務提供空間天氣基本數據。

在1963至1976年期間，美國共發射了11顆“太陽輻射衛星”，在十一年的太陽活動周期內監測了太陽耀斑事件，并預報了太陽耀斑事件。

上世紀80年代發射的“太陽峰年衛星”

此后，美國又發射了“太陽峰年衛星”、“太陽-磁層探測者”、“太陽異常和磁層粒子探測者”、“過渡區和日冕探測者”、“高能太陽光譜成像儀”、“太陽輻射與氣候實驗衛星”等一系列太陽觀測衛星。當然，蘇聯、日本、歐洲航天局等其他國家和相關機構也發射了一些太陽觀測衛星。

上世紀90年代發射的“太陽異常和磁層粒子探測者”

另外，在20世紀60至90年代期間升空的“太陽神”、“尤利塞斯”等航天器，進入到日心軌道對太陽進行了觀測。第一個進入拉格朗日L1點觀測太陽的航天器是美國在1978年發射的國際日地探測者-3。接著，美國的“風”和歐洲的“太陽和日球層觀測臺”也進入到拉格朗日L1點觀測太陽。

“尤利塞斯”航天器

然而，隨著美國從20世紀90年代起開始實施“大觀測計劃”，即陸續發射了“哈勃”、“康普頓”、“錢德拉”和“斯皮策”等非太陽觀測天文衛星后，太陽觀測衛星發射進入了低潮。

在20世紀90年代，只有在1995年12月升空的歐洲“太陽和日球層觀測臺”最為著名，它進入到地球上方150萬千米的“日暈”軌道上，這里沒有黑夜，因此可在永遠是白晝的條件下對太陽進行不間斷的探測。 “太陽和日球層觀測臺”對太陽進行了廣泛的研究，揭示了不少其內部深層和外部強烈的大氣活動的秘密。 而且，它不僅可以觀測太陽面向地球的一面，還能觀測太陽的另一面。

1978年發射的國際日地探測者-3

近些年來，人們發現太陽對地球氣候和空間天氣的影響越來越巨大。例如，太陽耀斑爆發時可將宇宙粒子噴射抵達地球，從而中斷衛星通信，甚至導致地面供電中斷，因此監控和研究太陽的活動性十分重要。 于是，一些國家又重新開始青睞太陽觀測衛星的研制和發射。

日美聯合

2006年9月,日本用M-5火箭發射了一顆由日本抓總研制的太陽-B（又稱“日出”）衛星。它先進入近地點高度約280千米、遠地點高度約686千米、軌道傾角為98.3°的初始軌道，用于測量太陽磁場，以更好地認識影響地球的劇烈的太陽活動。該衛星能夠對太陽磁場進行迄今最近距離的觀測，通過監控太陽磁場對太陽耀斑獲得更多的了解。

升空三周后，太陽-B衛星進入距地面600千米高的太陽同步軌道上，從當年11月開始了正式觀測。 它每年能對太陽進行8個多月的全天連續觀測，這有助于幫助人類揭開日冕形成的原因等秘密。星上的儀器可對磁場的運動和太陽大氣層做出的反應進行監測，觀測重點集中在耀斑的引爆階段。通過觀測太陽系中發生的最強烈的爆炸，最終對它們發生的時間進行預測。

該衛星用于拍攝太陽圖像和研究太陽耀斑，重點研究太陽耀斑的噴發階段，記錄太陽磁場如何儲存和釋放大量能量，測量太陽磁場運動及其對太陽大氣的影響。 它主要關注太陽耀斑的引發階段，對磁場的運動和太陽大氣層做出的反應進行監測，為了解和預測太陽擾動提供重要信息，幫助人們深入了解和預測太陽對地球造成的影響。

太陽-B有四大使命：

①研究太陽磁場；

②研究太陽能量輻射；

③研究磁重聯等現象；

④觀測太陽大氣膨脹等。

它重約900千克，裝有日本與美國和英國聯合研制的太陽光學望遠鏡、太陽X射線望遠鏡和遠紫外成像光譜儀共三臺科學觀測儀器，可觀測太陽發出的可見光、紫外線和X射線。它們協同測量太陽大氣圈的不同層圈，對太陽特性進行連續的同步觀測，觀測太陽大氣層的不同層面以及太陽表面遍布的大氣層磁場是如何變化的，幫助人們認識太陽磁場在大氣層中隨高度變化的具體情況。

口徑50厘米的太陽光學望遠鏡的角分辨率達到0.2″，并配有濾光器型磁像儀和分光偏振計，可獲取高精度的太陽矢量磁圖和多普勒圖等，是人類首臺在太陽光球層內測量太陽磁場強度和方向的天基儀器。

“太陽和日球層觀測平臺” 記錄下的一次日冕物質拋射，也就是CME

太陽X射線望遠鏡由其前任太陽-A衛星配備的軟X射線望遠鏡發展而來，角分辨率達到1″，能對溫度高達50萬～1000萬℃的太陽的外大氣層日冕進行觀測。日冕是太陽耀斑和日冕噴發的發源地。在磁場的作用下，太陽的劇烈活動對太陽和地球之間的區域以及地球本身都具有極大的影響。通過觀測，可以研究太陽磁場在太陽耀斑和日冕物質噴發時的變化。

遠紫外成像光譜用于測量色球（介于光球和日冕之間的區域）中太陽粒子的速度，同時還可以測量太陽等離子體的速度、溫度和密度及其它特性。此外，還能用來研究磁重聯等現象。它在太陽光學望遠鏡和太陽X射線望遠鏡之間起著關鍵的連接作用。

依靠這“三只眼”，太陽-B重點研究太陽磁場和日冕之間的相互作用，從而加深對太陽大氣動力機制等方面的了解，獲取更多有關太陽如何向外拋射高能粒子等信息。

一對衛星

2006年10月，美國抓總研制的一對孿生太陽觀測衛星——“日地關系觀測臺”升空。 這兩顆衛星主要利用在太空中相互錯開的優越定位“注視”太陽，首次為人類展示了太陽黑子爆發時的全景三維圖像，并前所未有地展現了日地之間能量流動的獨特景象，幫助科學家研究了太陽周邊環境以及太陽活動對整個太陽系造成的影響，以及日冕的產生、活動及其噴發帶來的后果，更精準地觀測了太陽爆發。

2006年10月25日，美國用德爾他-2火箭成功發射了世界第一對孿生太陽觀測衛星——“日地關系觀測臺”（STEREO）

“日地關系觀測臺”第一次從地球軌道傳回了太陽爆發時的三維圖像，這些圖像有助于天文學家對太陽風暴對航天員和通信衛星所造成的影響做出準確的預測，極大地增進了對太陽爆發的了解。它還首次對日地之間的“太空天氣”進行了拍照與追蹤，首次通過無線電三角定位法連續確定了行星際激波的位置，以及首次對太陽活動進行了拍照，并在1天文單位的尺度內對高能粒子進行了實地測量。

此前，歐洲“太陽與日光層觀測臺”在對“日冕物質拋射”等現象進行觀測時，能以10～15分鐘一張的速度對太陽拍照。但是，從這些平面圖片上，科學家很難判斷“日冕物質拋射”是直奔地球還是遠離地球而去，無法對其破壞性進行準確地觀測。在采用了“日地關系觀測臺”之后，雙星可同時完成對太陽的拍攝，能讓科學家得到一幅立體的圖像。

這對衛星的另一項重要使命是提前預報太陽風暴，探索太陽系內“日冕物質拋射”的緣起、演化及星際影響，進一步認識太陽，揭示太陽與地球的本質關系，了解太陽的穩定性對今后地球大氣、氣候和環境的影響，減輕“日冕物質拋射”和太陽耀斑對航天器和航天員的負面影響，把磁暴預警時間大幅縮短。

每個“日地關系觀測臺”都裝有16臺共4組探測儀器，即“日地關系日冕與日光層探測儀”、“粒子與日冕物質拋射原位測量儀”、“等離子體與超灼熱粒子成分分析儀”和“行星際射電暴追蹤儀”。

進入繞日軌道后，雖然這對“日地關系觀測臺”的軌道與地球軌道處于同一個平面上（太陽系大多數行星的軌道都處于這個面），但它們的飛行軌道正好像照鏡子一樣對稱，始終被定位在地球的“兩側”。一個在地球圍繞太陽運行軌道的前面，被稱為“日地關系觀測臺-A”；另一個則在軌道的后面,名為“日地關系觀測臺-B”。

這是模仿人用兩只眼睛觀察事物的方法，從不同方位搜集太陽信息后將之傳送回地球；也是人類同時操縱2顆太陽觀測衛星飛行?？茖W家再綜合原來地面實驗室在地球表面和低地球軌道觀測所得的數據，選取相關聯的數據將之合成為三維的太陽圖像，并分析太陽輻射及其對地球影響的數據。

通過對它們的觀測，科學家們首度構建了太陽的三維視圖。這些圖像能顯示出太陽風暴環境及其對太陽系內部的影響。這些數據對于理解太陽如何創造太空氣候至關重要。

望日“大腕”

2010年2月，美國“太陽動力學觀測臺”升空。 它能確保幾乎不間斷地觀察太陽磁場、噴發的等離子體和眾多其它現象。每天能收集到有關這些現象遠比現有衛星收集的信息要更多，從而能更準確和更及時地預測空間天氣。該衛星用于了解太陽變化的特征和研究太陽對氣候、通信系統、航天器工作的影響等問題，推進了“人類與日共存”國際空間合作計劃。

“太陽動力學觀測”衛星

升空后的“太陽動力學觀測臺”運行在地球同步軌道，目的是為了能連續觀測太陽。衛星上沒有安裝星載記錄器，而是使用了一個連續的下行鏈路。有關太陽信息的龐大數據流（1.5太比特/天）能讓科學家們對太陽的多種狀態和太陽對地球的影響產生新的理解。

該衛星每0.75秒獲得一幅圖像（“太陽和日球層觀測臺”每12分鐘提供一張圖片，“日地關系觀測臺”每90秒提供一張圖片）。所有的圖像都有4096×4096像素，成像的分辨率比高清電視的好10倍，可揭示太陽活動的每一細節；它每天能向地面轉送1.5太比特有關太陽信息的龐大數據流。所發回的數據將是美國航空航天局以前任何一顆太陽觀測衛星的50倍，每天向地面發送的數據相當于每天傳送50萬首歌曲。所以，它有助于研究太陽大氣，觀測太陽活動周期起因，并使得科學家們對太陽的多種狀態以及太陽對地球的影響產生新的理解。

“太陽動力學觀測臺”主要實現以下七大科學目標：

①何時會發生爆發性太陽活動？怎樣更準確和可靠地預報空間天氣？

②暗條噴發、日冕物質拋射和耀斑等產生的原因是什么？與哪種磁場構型有關？

③太陽活動周期的機理是什么？

④小尺度的磁重聯在日冕加熱和太陽風加速方面起到什么作用？

⑤活動區磁通量的變化規律是怎樣的？

⑥太陽極紫外射線譜輻照度變化的原因是什么？與磁活動周是怎樣聯系在一起的？

⑦怎樣確定近地太陽風的結構核動力學特性？

為此，“太陽動力學觀測臺”衛星攜帶了三個主要儀器，分別是大氣成像組件、極紫外變化性實驗儀器以及日震與磁成像儀。

大氣層像部件首次提供了多譜段、近同時、覆蓋寬的連續溫度范圍的高分辨率日冕圖像。

極紫外變化性實驗儀器主要用于測量源于太陽色球層、過渡區和日冕的太陽極紫外射線輻照度，幫助科學家進一步認識太陽極紫外射線對地球空間環境及人類的影響，并掌握太陽極紫外射線輻照度的特性和變化規律。

日震與磁成像儀用于測量太陽光球層的運動，研究太陽的內部結構和磁活動的各個分量以及太陽震蕩，測量譜線的偏振、光球層磁場的三分量，以及估計日冕磁場。 這些測量結果能幫助研究者掌握太陽變化的內部源和機制，了解太陽內部的物理過程與表面磁場和表面活動相關的信息，并認識太陽大氣層的變化性。

中國新星

我國今天發射成功的“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星”，運行在高517公里高的太陽同步軌道上。 其主要科學載荷是帶有Hα濾光片的太陽Hα成像光譜儀。它將在國際上首次實現對太陽Hα波段的光譜成像觀測，填補太陽爆發源區高質量觀測數據的空白。

中國“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星”

太陽Hα譜線是太陽爆發時響應最強的色球譜線，能夠直接反映太陽爆發的源區特征。通過對這條譜線的數據分析，可獲得太陽爆發時大氣溫度、速度等物理量的變化，有助于研究太陽爆發的動力學過程及物理機制，彌補當前空間望遠鏡在太陽低層大氣（光球和色球）觀測上的不足，顯著提高我國在太陽物理領域的國際影響力。

該太陽觀測衛星可在同一時間得到Hα波段附近任意波長點的全日面圖像，實現全天候、高時空分辨率、高光譜分辨率的太陽觀測，為太陽爆發的研究提供準確可靠的數據。衛星在軌運行期間，它將觀測太陽耀斑和日冕物質拋射的光球及色球表現，探究太陽爆發的源區動態特性和觸發機制。同時，它將探測太陽暗條形成和演化過程的色球表現，揭示其與太陽爆發的內在聯系。此外，它還將獲取全日面Hα波段多普勒速度分布，研究太陽低層大氣動力學過程，為解決“太陽爆發由里及表能量傳輸全過程物理模型”等科學問題提供重要支撐。

但實現高光譜分辨率成像則要求成像過程中探測載荷具有極高的指向精度和穩定度，所以這對該衛星平臺的性能提出了極大的挑戰。為此，它采用了超高指向精度、超高穩定度平臺（簡稱“雙超”衛星平臺）設計。首次在軌應用磁浮技術，實現了平臺艙、載荷艙可分離式構型設計，從而使載荷艙具有超高精度指向控制和超高穩定度，較現有水平提升1～2個數量級，這對我國衛星空間科學探測及衛星技術發展具有重要意義。

中國“先進天基太陽天文臺”的主要科學目標正是一磁兩暴，即觀測和研究太陽磁場、太陽耀斑和日冕拋射三者之間的關系

另外據悉，我國將在2021年底左右發射 “先進天基太陽天文臺”。它運行在高720公里的太陽同步軌道上，能二十四小時對太陽進行連續不斷地觀測，設計壽命至少4年。因此，“先進天基太陽天文臺”可在太陽第25活動周的峰年期間，對太陽強烈爆發活動進行多波段、高質量的觀測和研究。

“先進天基太陽天文臺”是中國科學院空間科學戰略性先導專項之一，將攜帶三臺重要科學觀測儀器。其中的萊曼阿爾法太陽望遠鏡在一個國際上最新的觀測波段窗口工作，用于觀測日冕物質拋射；硬X射線成像儀擁有國際上同類望遠鏡中最多的99個探測器，用于觀測太陽耀斑爆發的非熱現象；全日面矢量磁像儀的時間分辨率則相對較高，用于觀測太陽磁場。

中國“先進天基太陽天文臺”由三臺有效載荷組成，用于測量太陽磁場，以及觀測日冕物質拋射和太陽耀斑

這顆太陽觀測衛星能同時觀測對地球空間環境具有重要影響的太陽上兩類最劇烈的爆發現象——耀斑和日冕物質拋射；研究耀斑和日冕物質拋射的相互關系和形成規律；觀測全日面太陽矢量磁場，研究太陽耀斑爆發和日冕物質拋射與太陽磁場之間的因果關系；觀測太陽大氣不同層次對太陽爆發的響應，研究太陽爆發能量的傳輸機制及動力學特征；探測太陽爆發，預報空間天氣，為我國空間環境的安全提供保障。

未來前景

運行在地球軌道的太陽觀測衛星已取得了很大成就，但為了獲得更有價值、更高分辨率的太陽科學數據，目前研制、發射對太陽進行近距離探測的太陽探測器正悄然興起。

因為它除了有太陽觀測衛星的優點外，還具備一些其它“絕活”。 例如，太陽探測器可以對太陽背面進行觀測，獲得太陽背面的活動數據，這有助于對太陽電磁風暴進行中短期預報；也能對太陽極區進行觀測，從而全面研究太陽風暴對日地空間環境的影響。

為了解答有關太陽的最深層謎團——日冕的高溫和太陽風令人不解的加速，美國在2018年8月發射了“帕克太陽探測器”。其最大亮點是能“觸及太陽”，即在距離太陽表面大約9個太陽半徑的地方——約600萬千米，對太陽進行全方位探測，獲取日冕、太陽風等方面的信息。

它在嚴酷的高溫和輻射條件首次穿過了太陽大氣層日冕，是第一次正式探訪恒星的人造物體，并首次對太陽進行全方位探測，嗅到、嘗到太陽的味道，所獲數據有望“完全顛覆”以往對太陽的認知。

“帕克太陽探測器”飛抵太陽附近示意圖

“帕克太陽探測器”的主要任務是追蹤能量和熱量如何通過太陽日冕，以及探索加速太陽風和太陽能粒子的作用。 其探測數據能解答一些長期以來困擾著天文學家的難題，有助于揭示太陽的運行機制，了解太陽與行星、地球的關系，提高人類預測太空天氣的能力，改善會影響地球生命的主要天氣事件，以及協助太陽觀測衛星、甚至是在太空工作的航天員對太陽的觀測。

在為期六年的任務中，“帕克太陽探測器”將多次利用金星的引力助推來逐漸靠近太陽，它從太陽近處飛過的次數將達到24次。

由于“帕克太陽探測器”要在太陽大氣深處工作，所以會承受前所未有的高溫以及太陽輻射的考驗。 因此，“帕克太陽探測器”裝有一個碳復合材料防熱罩，它可承受1650°C的高溫，幾乎可保障所有儀器的安全，使探測器的內部溫度保持在約29°C。

2020 年2月，歐洲抓總的“太陽軌道器”也升空了。 它能近距離觀察太陽的一些前所未見的區域，比如太陽的兩極計劃，并近距離探測太陽風等離子體、高能粒子等。 此探測器也可承受高溫，在距離太陽60倍太陽半徑距離（大約4000萬千米）處工作，這比水星的軌道稍近（最內側的水星軌道距離太陽約5800萬千米）。

目前，人類對太陽極地的了解還很少，“太陽軌道器”可成為首個能直接為太陽兩極拍照的探測器。它還將利用其獨特的軌道，更好地了解太陽的磁場。

美國“帕克太陽探測器”是在太陽風剛形成并離開日冕時捕捉太陽風，把原始觀測結果傳回地球；歐洲 “太陽軌道器”所處的位置可讓其很好地觀察太陽的兩極，它提供的信息有助于科學家洞悉太陽風的結構和行為在不同緯度的變化情況。 這兩款探測器協同作戰，優勢互補，有助于科學家進一步揭開太陽風的“廬山真面目”。

可以預見的是，這些近太陽探測任務在未來將為揭示太陽奧秘做出卓越貢獻，能使未來空間天氣的預報、地球災害預警更加精確。對太陽的觀測或探測正在向多波段、多視角、近距離、高時空分辨率的方向發展，這些已成為推動太陽物理學科發展的主要動力。

撰文：龐之浩

文稿編輯：趙宇豪