據(jù)有關(guān)消息：連綿的雨，也讓地面觀測太陽的光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，只能關(guān)上天窗“休息”。有沒有辦法讓太陽天天見呢？為了能連續(xù)不斷地對太陽進(jìn)行觀測，中國科學(xué)家正全力以赴推進(jìn)太陽探測衛(wèi)星計(jì)劃。根據(jù)計(jì)劃，我國第一顆太陽探測綜合衛(wèi)星—ASO-S有望在2021年底前后射入軌道，以完整記錄太陽活動，觀測太陽的“一磁兩暴”。

△正在組裝的 ASO-S 太陽硬 X 射線成像儀工程樣機(jī)

ASO-S是什么，它有些什么秘密？近日，現(xiàn)代快報(bào)記者跟隨ASO-S衛(wèi)星首席科學(xué)家甘為群研究員，走進(jìn)位于中國科學(xué)院紫金山天文臺的實(shí)驗(yàn)室。

去太空，首次實(shí)現(xiàn)一星三“鏡”組合“飛天”

ASO-S（Advanced Space-based Solar Observatory）是先進(jìn)天基太陽天文臺簡稱，是我國太陽物理界在2011年自主提出的太陽空間探測衛(wèi)星計(jì)劃，也是中國首顆太陽探測衛(wèi)星。

△ASO-S衛(wèi)星首席科學(xué)家甘為群研究員

甘為群介紹說，早在1976年，中國就嘗試制造第一顆太陽觀測衛(wèi)星，由于種種原因，直到整整44年后的今天，中國仍沒有自己的太陽“專屬”探測衛(wèi)星上天。“從上世紀(jì)六十年代以來，世界各國先后發(fā)射了70多顆太陽探測相關(guān)衛(wèi)星進(jìn)入太空。中國的太陽物理研究位居世界第二，但用的都是‘別人家’的數(shù)據(jù)。”甘為群說，讓中國自己的太陽衛(wèi)星“飛天”迫在眉睫。

不過，讓太陽衛(wèi)星上天不是一件容易的事。“科學(xué)衛(wèi)星研制是一個(gè)大的系統(tǒng)工程，在我國剛剛起步，涉及人員眾多，需要相關(guān)各行業(yè)的科技工作者共同努力，除了衛(wèi)星上有效載荷研制，還需要運(yùn)載系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、地面支撐系統(tǒng)、科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的配合，這些系統(tǒng)的高效運(yùn)作顯然還需要一個(gè)強(qiáng)有力的指揮和協(xié)調(diào)系統(tǒng)”。

甘為群研究員告訴現(xiàn)代快報(bào)記者，2017年底，中國科學(xué)院批復(fù)ASO-S衛(wèi)星正式工程立項(xiàng)，經(jīng)過16個(gè)月努力，團(tuán)隊(duì)攻克了項(xiàng)目中一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，2019年年中衛(wèi)星順利由方案設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)至工程初樣階段，方案階段表現(xiàn)和初樣階段進(jìn)展被評為2019 年度“中國天文十大科技進(jìn)展”之一。

“太陽上的物理現(xiàn)象十分豐富，其中太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射是太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，對地球空間環(huán)境的破壞性最大?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，這兩種現(xiàn)象均是由太陽磁場引起的。”甘為群介紹說，ASO-S的科學(xué)目標(biāo)，就是要觀測和研究太陽磁場、太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射三者之間的關(guān)系，簡稱“一磁兩暴”。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，ASO-S上將搭載3個(gè)三臺望遠(yuǎn)鏡：太陽全日面矢量磁像儀、萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡和太陽硬X射線成像儀。它們將分別用來觀測太陽磁場、耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

科技感十足，91對“小細(xì)眼”去觀測X射線

在紫金山天文臺實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)代快報(bào)記者見到了太陽硬 X 射線成像儀的工程樣機(jī)，這臺樣機(jī)主要是用來驗(yàn)證“望遠(yuǎn)鏡”的基本工作原理及性能。

△ASO-S 太陽硬 X 射線成像儀工程樣機(jī)上的91對光柵寬窄不同

和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，實(shí)驗(yàn)臺上的太陽硬 X 射線成像儀主體部分是一個(gè)長達(dá)1米多的方形鈦合金框架，框架上有一個(gè)個(gè)的圓孔。這些圓孔都是用來接光柵的，上面一共有91對互相呼應(yīng)的光柵，它們相當(dāng)于是望遠(yuǎn)鏡的鏡頭。“這個(gè)鏡頭設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)在光柵的制作和對應(yīng)光柵之間的準(zhǔn)直校調(diào)”。負(fù)責(zé)這臺儀器研制的張哲副研究員介紹，91對光柵寬窄不同，最窄的僅有18微米（1微米為1毫米的千分之一），裝配時(shí)必須要確保兩個(gè)光柵在一米多的距離上對準(zhǔn)對齊，還不能受環(huán)境變化，否則就無法成像；此外，該儀器的光柵厚度有要求，制作難度大，每個(gè)光柵都是由數(shù)十層疊加而成，其中最窄的1對光柵光成本就在百萬人民幣量級。

△ASO-S 太陽硬X射線成像儀準(zhǔn)直器（原理樣機(jī)）

記者了解到，每對光柵后端還將安裝量能器，相當(dāng)于相機(jī)的感光元件，然后連接電控箱，將采集到的數(shù)據(jù)傳到星上計(jì)算機(jī)。為了確定X射線源的位置，框架后端還安裝了可見光相機(jī)，通過拍攝太陽來定位。

△ASO-S 太陽硬X射線成像儀量能器（工程樣機(jī)）

與地面儀器不同，衛(wèi)星升空過程中會帶來震動、加速度、溫度、真空等變化，所以該望遠(yuǎn)鏡不僅采用的是鈦合金框架，而且裝有多個(gè)熱控貼點(diǎn)，通過熱控設(shè)計(jì)可以將望遠(yuǎn)鏡的前后端溫差控制在1度以內(nèi)。該工程樣機(jī)還需要在中國科學(xué)院上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的ASO-S衛(wèi)星系統(tǒng)經(jīng)過各類環(huán)境模擬測試，最終上天的儀器將完全按初樣件復(fù)制。

據(jù)悉，太陽硬 X 射線成像儀是衛(wèi)星上三臺儀器中尺寸最大的一臺，設(shè)計(jì)的衛(wèi)星總重近1噸，三臺望遠(yuǎn)鏡總重為 300多公斤。按照目前進(jìn)展情況，該衛(wèi)星可望按計(jì)劃在2021年底前后發(fā)射，衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命不少于4年。

不怕陰雨天，衛(wèi)星上看到的是“永不下山”的太陽

把望遠(yuǎn)鏡送到太空去觀測不僅可以避免地球大氣層的影響，更主要地是拓展了觀測波段范圍，增加了觀測時(shí)間。ASO-S衛(wèi)星擬采用高度為720公里、周期約為90分鐘的太陽同步晨昏軌道。

甘為群研究員告訴記者，這樣的軌道設(shè)計(jì)可以保證幾乎不間斷的連續(xù)對太陽進(jìn)行觀測，每年只有5月中旬到8月約2個(gè)半月的時(shí)間存在陰影，最長陰影時(shí)間約18分鐘。通俗的說，就是只有這兩個(gè)多月期間，衛(wèi)星每次繞地球一圈的90分鐘時(shí)間內(nèi)，會有幾分鐘（最長18分鐘）無法觀測太陽。

“我們這顆太陽探測衛(wèi)星發(fā)射成功后，預(yù)計(jì)每天將發(fā)送大約500GB的數(shù)據(jù)至中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心的ASO-S地面支撐系統(tǒng)，數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單處理后被傳送至紫金山天文臺的ASO-S科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列的處理，及時(shí)地變成科學(xué)級數(shù)據(jù)，存儲在ASO-S數(shù)據(jù)庫，連同數(shù)據(jù)分析軟件，都會適時(shí)公布在ASO-S網(wǎng)站上，供國內(nèi)外用戶使用。前期我們已經(jīng)在國際上開展了宣傳，我們希望利用ASO-S數(shù)據(jù)開展太陽物理前沿研究的人越多越好”。甘為群研究員表示，ASO-S數(shù)據(jù)秉承共享理念，不設(shè)門檻，普通公眾也可以進(jìn)入網(wǎng)站查看數(shù)據(jù)，同時(shí)還會基于ASO-S觀測設(shè)有專門的科普欄目。

太陽有暴脾氣？提前預(yù)報(bào)災(zāi)害

在太陽系里，太陽是“內(nèi)心戲”很足的星球，會耍脾氣，會“打噴嚏”，爆發(fā)太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射等。

△太陽表面有日珥 許軍 攝

別看太陽只是打個(gè)“噴嚏”而已，卻會引發(fā)災(zāi)害性空間天氣事件。在人類歷史的記載中，對地球造成影響最大的太陽耀斑事件是發(fā)生在1859年的卡林頓事件，使電報(bào)系統(tǒng)都著了火，整個(gè)地球包括赤道地區(qū)都看到了極光。這次事件如果發(fā)生在今天，將會重創(chuàng)各種現(xiàn)代化系統(tǒng)，大量的設(shè)施設(shè)備將會癱瘓或損壞，至少造成數(shù)萬億美元的損失，而恢復(fù)可能需要很長的時(shí)間。此外，太陽耀斑也會對地球軌道上的衛(wèi)星和空間站的宇航員形成巨大威脅，不過由于地球磁場的保護(hù)，地球上的生命并不會受到太陽耀斑的嚴(yán)重威脅，但會嚴(yán)重影響供水、供電、能源（輸油管道）、交通、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施。

△太陽黑子 許軍 攝

甘為群研究員表示，作為我國第一顆太陽探測綜合衛(wèi)星，我們對ASO-S衛(wèi)星的科學(xué)成果充滿期待，弄清太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射三者之間的因果關(guān)系，也將為嚴(yán)重影響人類生存環(huán)境的空間天氣提供預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ)。

記者了解到，目前國際上的空間天氣預(yù)報(bào)水平相當(dāng)于上世紀(jì)60、70年代的天氣預(yù)報(bào)水平，我們也期待通過ASO-S的成功發(fā)射和運(yùn)行，空間天氣預(yù)報(bào)能上一個(gè)新的臺階，這樣我們就可以更好地應(yīng)對太陽爆發(fā)對地球產(chǎn)生的災(zāi)害，造福全人類。