未来的一天一天:探测器陆续发射 中国步入“探日”时代

自古以来，太阳就让人想太多。我们对这颗耀眼的星星很好奇：它为什么会发光？是永恒的吗？结构是什么？对地球会有什么影响？为了回答这些问题，科学家们不仅发展了相应的理论基础，还建造或发射了各种探测器，试图揭开太阳的神秘面纱。

10月14日，我国首颗太阳探测科技实验卫星“喜和”成功发射，实现了我国零太阳探测的突破，标志着我国太空探索正式进入“探日”时代。

与人类生存息息相关的恒星太阳有哪些未解之谜？未来科学家将如何探索太阳？

“羲和号”成功发射

我国步入探日时代

“太阳在地球演化和人类文明发展中的作用不可或缺。同时，太阳对地球的影响无处不在，主要体现在太阳爆炸产生大量带电高能粒子，对地球电磁环境造成严重破坏，其中太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射对地球电磁环境的影响最为显著。”国家航天局对地观测与数据中心主任、高分辨率对地观测重大专项总设计师赵建介绍，太阳活动周期约为11年，2021-2022年是人类有记录以来第25个太阳活动周期的开始，全球进入了新的太阳研究高峰时期。

“探索和研究太阳活动并提出对策可以减少或避免对地球的不利影响。作为中国的航天大国，及时开展太阳探测活动是必要的，不能缺席。”赵建说。

这次发射的“喜河”卫星全称是太阳H光谱探测和双超级平台科技试验卫星，主要科学载荷是太阳空间望远镜。

“喜和”重508公斤，设计寿命3年。它运行在太阳同步轨道上，高度为517公里，倾角为98度。该轨道将穿过地球的北极和南极，可以连续观察太阳24小时。“喜河”卫星实现了H波段太阳光谱成像的首次国际空间探测，将填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白。

此外，“西河”卫星在轨测试中采用了具有超高指向精度和超高稳定性的新型卫星平台技术。与传统卫星平台相比，“西河”卫星平台的指向精度和姿态稳定性提高了两个数量级。西河高性能技术卫星平台在轨试验成功后，在国际上首次将磁悬浮技术应用于航天器，将大大提高我国空间观测技术水平。

“夸父”明年发射

未来我国将立体探日

自20世纪60年代以来，世界各地发射了70多颗太阳观测卫星，主要分布在美国、俄罗斯、日本等国家，主要致力于太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射的观测和研究。

2006年10月，美国发射了世界上第一对太阳双星观测卫星————地地关系观测平台，对太阳黑子喷发进行了三维成像。2009年1月，俄罗斯发射了“科罗纳斯”太阳探测卫星，探索太阳内部结构和太阳活动对地球气候、大气和生物圈的影响。2018年，美国“帕克”太阳探测器发射升空，近距离探测太阳结构。

目前，中国已经制定了两个太阳探测计划。喜和实现了中国太阳能探索的破冰之旅。夸父的计划是开发和发射先进的天基太阳观测卫星，以揭示太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射(一个磁体和两个风暴)的形成和关系，该计划定于明年发射。

此外，中国正在论证太阳探测的后续发展计划，科学家们希望按照多角度探测的“三步走”来实施

根据设想，2035年前后，中国将通过两次发射任务(分别为一箭带三星和一箭带二星)，围绕黄道面(地球绕日轨道面)和太阳极区构建全方位三维探测系统，实现对太阳全球和日地空间的三维探测。

太阳的三大

未解之谜

关于太阳仍有许多未解之谜，其中最重要的是三个主要的科学问题。

第一个问题：为什么太阳活动是周期性的？太阳活动的动力来自太阳上的磁场，其强磁场结构以太阳黑子为特征，太阳黑子也是太阳光球层上温度相对较低的区域。太阳黑子有11年的周期，其长期变化与地球气候密切相关。例如，在小冰期(约1300-1850年)的气候学中，太阳活动明显弱于随后几年的平均水平。

1908年，美国天文学家黑尔发现太阳黑子是太阳上的强磁场，首次证实了宇宙天体中磁场的存在，也揭示了太阳活动起源于太阳磁场。然而，太阳磁场是如何产生的呢？为什么主导太阳活动会周期性变化？这些问题被称为太阳周期起源之谜。

第二个问题：日冕为什么这么热？和地球一样，太阳从内到外可以分为许多层，即太阳核(温度约1500万)、辐射带(约700万)、对流带(约200万)、光球层(数千)、色球层(数千至数万)和日冕(数百万)。可以看出，太阳的温度结构与地球明显不同，太阳大气最外层的日冕异常高，违反了热力学第二定律。如何解释日冕的加热机制是天体物理学中的一个重大科学问题。

第三个问题：如何实时观测和预报日地物理传播过程和行星际效应？1989年3月，猛烈的日冕物质抛射引起了强烈的地磁爆炸，导致了加拿大魁北克。

大范围停电。太阳探测主要目标是为了更好地理解日地系统、预测空间环境变化及其产生的社会影响。因此，描绘太阳活动在日地空间传播和影响的完整物理图像，是当代日地物理最前沿的科学问题。

在三大科学问题中，磁场都起着至关重要的作用。但受到目前观测能力、技术手段等局限，人类对太阳磁场的了解还不够深入。这就牵出天体物理的另一个基本问题：恒星大气中的纤维化辐射磁对流过程。

太阳探测的

未来竞争焦点

在美欧成功实施了里程碑性质的PSP(帕克太阳能探测器)和SolarOrbiter(太阳轨道飞行器)以后，国际相关领域的探测热点聚焦到了太阳探测的最后一块空白——太阳极区的探测。

无论天基还是地基观测，当我们身处黄道面的时候，由于投影效应和临边昏暗效应等，我们对太阳极区的观测非常困难。这种困难相当于两个个头差不多的人看不见对方的头顶。目前人类尚未实现过对太阳极区的正面成像观测，SolarOrbiter虽然偏离了黄道面，但其偏离角度只有二十多度，即便任务末期计划提高到34度，两者的高度差也不足以看清另一个的头顶。

研究表明，太阳极区的磁场和流场在太阳活动周演化中起着至关重要的作用。完善这方面的观测数据，从而完成有关太阳活动周起源的“发电机模型”的最后一块观测拼图，有望为这一科学问题的研究带来重大突破。

由于这些重大科学机遇，国际空间探测的下一个竞争热点必然是太阳极轨探测。

目前，欧美的空间科学发展规划都提出了太阳极轨探测的设想。我国早在10年前的《月球与深空探测》规划中就提出了开展太阳极轨探测的项目建议。目前，我国在这方面预研处于和国际齐平乃至略微领先的地位，再考虑到美欧PSP和SolarOrbiter刚实施不久，中国具备了率先实施的绝佳机会，而项目一旦成功，必将使我国的空间太阳探测实现快速超车。同时，在太阳活动周起源、高速太阳风起源等重大科学问题研究中抢占先机。