世界最先进的太阳观测卫星升空

□ 诸葛炎

宇宙神5型火箭托举“太阳动力学观测台”卫星升空

太阳对地球气候和空间天气影响十分巨大，太阳耀斑爆发时可将宇宙粒子喷射抵达地球而中断卫星通信，甚至导致地面供电中断。最新的研究也表明，地球气候为宇宙星体相互作用所致，而太阳对其影响首当其冲，所以监控和研究太阳的活动性十分重要。

2010年2月9日升空的美国“太阳动力学观测台”卫星尤为引人注目，因为它是目前最先进的太阳观测卫星，它能确保几乎不间断地观察太阳磁场、喷发的等离子体和众多其他现象，每天能收集到有关这些现象远比现有卫星收集的信息要多，从而能更准确和更及时地预测空间天气。

“太阳动力学观测台”携带的三种仪器的安放位置

超级大腕有绝招

当今最“牛”的太阳观测卫星当属“太阳动力学观测台”，因为它可揭示太阳活动每一细节：“太阳动力学观测台”每0.75秒钟获得一幅图像，2006年升空的美国“日地关系观测台”每90秒能提供一张图片，而1995年升空的美国和欧洲联合研制的“太阳和日球层观测台”每12分钟才能提供一张图片；“太阳动力学观测台”所有图像均为4096像素×4096像素，成像分辨率好于高清电视10倍；它每天可向地面转送1.5太比特有关太阳信息的庞大数据流，所发回数据为美国航宇局此前任何一颗太阳观测卫星的50倍，据相当于每天传送50万首歌曲，或相当于380部完整长度的电影的数据量。它将能够帮助科学家们理解太阳磁场是如何产生和形成的，以及这个磁场中的能量是如何随着太阳风和能量粒子被释放到太空中的，更好地研究太阳变化的原因以及这些变化对地球的影响。

“太阳动力学观测台”在轨飞行示意图

“太阳动力学观测台”项目耗资8.48亿美元，2001年开始启动。其总质量为3200千克，其中有效载荷质量为270千克，燃料质量为1400千克，长6.25米的太阳电池翼可提供1.54千瓦功率，卫星工作寿命5年～10年。升空后运行在一条带倾角的地球同步轨道，在这条轨道上卫星能持续地对向太阳，并同时保持同一座专用地面站的联络。

“太阳动力学观测台”拟实现七大科学目标：1.何时会发生爆发性太阳活动，怎样更准确可靠地预报空间天气；2.暗条喷发、日冕物质抛射和耀斑等产生原因，与哪种磁场构型有关；3.太阳活动周期机理；4.小尺度磁重联在日冕加热和太阳风加速方面所起作用；5.活动区磁通量变化规律；6.太阳极紫外射线谱辐照度变化原因，以及如何与磁活动周期联系在一起；7.怎样确定近地太阳风结构核动力学特性。

测试日震与磁暴成像仪

极紫外变化实验仪器

为此，“太阳动力学观测台”卫星携带了3个主要仪器：由洛马公司建造的大气成像组件、由科罗拉多州大学制造的极紫外变化实验仪和由斯坦福大学提供的日震与磁暴成像仪。

大气成像部件首次采用4个双通道、20厘米孔径正入射望远镜，可首次提供多谱段、近同时、覆盖宽的连续温度范围的高分辨率日冕图像。

为了同时测量各个谱段，极紫外变化实验仪器采用具有4个通道阵列探测器的极紫外射线光栅光谱仪，主要用于测量源于太阳色球层、过渡区和日冕的太阳极紫外射线辐照度。通过该仪器能进一步认识太阳极紫外射线对地球空间环境及人类的影响；掌握太阳极紫外射线辐照度的特性和变化规律。

日震与磁暴成像仪由折射望远镜、偏振选择器、成像稳定系统、窄带看调谐滤波器和2个4096像素×4096像素CCD摄像机组成，是通过测量选定谱线的多普勒频移来确定光球层的震荡速度。它用于测量太阳光球层的运动，研究太阳的内部结构和磁活动的各个分量以及太阳震荡，测量谱线的偏振、光球层磁场的三分量，估计日冕磁场，从而掌握太阳变化的内部源和机制，了解太阳内部的物理过程与表面磁场和表面活动相关的，认识太阳大气层的变化性。

太阳对地球的巨大影响

方兴未艾前景广

2010年2月22日，俄罗斯莫斯科物理工程学院天体物理研究所所长科托夫透露，俄罗斯将研制新一代太阳观测卫星。2009年年初，俄罗斯曾发射了“日冕-光子”太阳观测卫星，它用于探测太阳内部结构及太阳活动对地球气候、大气层及生物圈的影响，并计划在太空工作3年，但不到1年它就因供电系统故障而提前退役。俄罗斯将在此卫星基础上研制新一代太阳观测卫星，其技术性能将更优越，电池工作效率将更高，在轨工作寿命也将更长。新卫星上将配备紫外线及高能γ射线高灵敏度测量仪；此外还将安装特制的发动机，以便根据需要调整卫星轨道高度。该卫星运行在赤道上空600千米处，因为这一轨道不仅可以使卫星较好地记录太阳电磁辐射，而且还可以有效减少地球辐射和太空辐射对卫星及其测量仪的影响。目前俄科学家最关心的问题是提高新卫星的工作寿命，因为为了更好地执行对日观测任务，卫星的工作寿命应不少于10年到11年，这也是太阳活动的最短周期。俄罗斯新一代太阳观测卫星初步计划将于2014年发射升空。

今后，国外还将发射“太阳哨兵”、“太阳轨道器”、“太阳探测器+”等太阳观测卫星。

美国“太阳哨兵”的任务是提供关于威胁航天员及航天器电子设备的大剂量太阳辐射的重要数据。它是一组航天器，有的也可称为空间探测器，因为其中“内部日球层哨兵”是在金星与水星轨道内发射4个相同的探测器，就近搜取高能太阳粒子样本；“近地哨兵”是一个绕地轨道航天器，从大型风暴产生处观测太阳大气层；“远端哨兵”是一个观测太阳距地远一面的航天器。

欧洲“太阳轨道器”项目与美国“太阳哨兵”计划契合。通过联合双方力量，太阳轨道器任务将成为一项强大的协作任务。“太阳轨道器”成本约3亿欧元，预计2015年中期发射。

美国的“太阳哨兵”星座

2015年5月即将发射的欧洲“太阳轨道器”将对太阳进行最近距离甚至现场测量，以前所未有的高分辨率提供太阳图象

“太阳探测器+”轨道模拟图，其中标示了“太阳探测器+”多次近距离太阳飞越的轨迹

美国航宇局计划在2015年5月发射“太阳探测器+”，对太阳进行为期7年的作业任务。之所以取名“太阳探测器+”，是因为该探测器的设计利用了应用物理实验室2005年推出的名为“太阳探测器”的探测器设计。“太阳探测器+”将穿入日冕内部来探个究竟，即工作在太阳大气深处，在那里可以采集太阳风以及磁场的一手样本。原位测量将使科学家掌握要破解日冕加热和太阳风加速的物理成因需要具备什么知识,知道些什么。

据悉，中国也拟研制1台“空间太阳望远镜”，它工作于光学和X射线2个波段，以光学为主。科学家计划将它送到约700千米高的太阳同步圆形轨道，用于观测太阳光球、大气结构等重要参量。其光学望远镜口径为1米，并配有专门观测X射线的望远镜组，它总重量约为2吨，设计使用寿命约为3年～5年。由于摆脱了大气层的干扰，“空间太阳望远镜”可全天候工作，边拍照边向地面传输数据，因此对于太阳的任何异常活动，天文学家都能及时地获取信息，从而为日地空间环境研究，为地球环境安全提供更多的保障。这架空间太阳望远镜将用于全面观测和预报太阳磁场的变化以及“太阳风暴”等空间天气情况。

如果建成“空间太阳望远镜”，中国科学家则可利用它在广泛的光谱范围和连续的时间演化下，通过高空间和高时间分辨率对太阳进行探测，实现太阳物理研究的重大突破，为空间天气预报提供重要依据和方法。

中国“空间太阳望远镜”模型