來自太陽的威脅

2022 年 2 月 3 日，SpaceX 研制的 49 顆 " 星鏈 " 衛(wèi)星發(fā)射升空。但不幸的是，在前方等待它們的卻是極其嚴峻的考驗——一場突如其來的磁暴。

當(dāng)太陽噴發(fā)和拋射出來的物質(zhì)，如太陽風(fēng)和日冕物質(zhì)拋射，在進入地球的磁場并與其相互作用時，磁暴就會發(fā)生，這會使得地球大氣的溫度和密度發(fā)生變化。根據(jù)衛(wèi)星攜帶的 GPS 顯示，此次磁暴的產(chǎn)生，導(dǎo)致大氣阻力比發(fā)射之前要高出 50%！驟增的阻力使衛(wèi)星無法進入預(yù)定軌道，多達 40 顆衛(wèi)星受到影響，最終將提前在大氣層中燃燒殆盡。

這個事故再一次提醒我們：太陽爆發(fā)對現(xiàn)代科技會有重大影響。

太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射等釋放出的大量高能光子、粒子和磁化的等離子體會直奔地球而來。地球上的動植物之所以能不受這些粒子的直接影響，是因為受到了地球磁場的保護。但太陽爆發(fā)卻會影響到我們的電網(wǎng)、衛(wèi)星、通訊、導(dǎo)航，甚至是執(zhí)行出艙任務(wù)的航天員等。

因此，我們需要監(jiān)測太陽的動態(tài)，深入研究太陽爆發(fā)的機理并給出準(zhǔn)確預(yù)報，從而提前采取應(yīng)對措施，預(yù)防可能遭遇的災(zāi)害。

這正是我國第一顆綜合性太陽觀測專用衛(wèi)星——先進天基太陽天文臺（ASO-S）的光榮使命。

六邊形戰(zhàn)士

ASO-S 的主要觀測目標(biāo)可以簡稱為 "一磁兩暴"，即太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射以及產(chǎn)生它們的磁場結(jié)構(gòu)。

ASO-S 衛(wèi)星配置了三臺載荷用以觀測太陽的一磁兩暴，它們分別是：全日面矢量磁像儀（FMG）、萊曼阿爾法太陽望遠鏡（LST）和硬 X 射線成像儀（HXI）。

以空間天氣監(jiān)測預(yù)警為例，研究人員可以通過 FMG 的磁場數(shù)據(jù)分析太陽耀斑發(fā)生的概率；通過 HXI 的數(shù)據(jù)研究耀斑與日冕物質(zhì)拋射的關(guān)系；通過 LST 對日冕物質(zhì)拋射的觀測預(yù)測其到達地球的時間和影響，以便相關(guān)部門及時采取應(yīng)對措施。

更重要的是，ASO-S 衛(wèi)星將為國際太陽物理學(xué)研究不斷提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)——太陽矢量磁場、視向速度、白光和萊曼阿爾法全日面及內(nèi)日冕圖像、硬 X 射線流量、能譜和成像數(shù)據(jù)，因此也被研究人員稱為 " 六邊形戰(zhàn)士 "。

數(shù)據(jù)加工廠

ASO-S 所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)要經(jīng)過大量的初級處理才能達到科學(xué)使用的標(biāo)準(zhǔn)。這就需要一個用戶友好的 "科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)"，它是連接衛(wèi)星數(shù)據(jù)和科學(xué)用戶的橋梁。

科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)就像一個繁忙的數(shù)據(jù)加工廠，由衛(wèi)星科學(xué)團隊把原始觀測數(shù)據(jù)加工成高級的科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，供用戶下載。其主要職能還包括根據(jù)科學(xué)用戶需求并結(jié)合衛(wèi)星和載荷狀態(tài)制定合理的科學(xué)觀測計劃，開發(fā)科學(xué)數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件和數(shù)據(jù)分析軟件，為科學(xué)用戶提供服務(wù)和支持等。同時，科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)還將配合地面支撐系統(tǒng)完成衛(wèi)星和載荷的在軌監(jiān)測與運行管理，確保衛(wèi)星能夠安全、高效地進行科學(xué)觀測。

科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)作為衛(wèi)星工程的重要組成之一，目前已建成衛(wèi)星運控室、具有 2048 計算核心和 6PB 有效存儲容量的數(shù)據(jù)中心，以及對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫支持，各種數(shù)據(jù)生產(chǎn)、處理和分析所需要的軟件和衛(wèi)星網(wǎng)站的開發(fā)也已近尾聲。經(jīng)過衛(wèi)星發(fā)射后在軌測試期的不斷完善，這個數(shù)據(jù)工廠將日處理 500 GB 的原始數(shù)據(jù)。

科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的宗旨是 "全心全意為用戶服務(wù)"，將提供觀測、生產(chǎn)和發(fā)布等一條龍服務(wù)，具體包括：

數(shù)據(jù)的及時發(fā)布與免費獲取；

用戶觀測策略的制定和實現(xiàn)；

高級標(biāo)定數(shù)據(jù)及分析說明書；

配套程序和高等級應(yīng)用軟件；

實時數(shù)據(jù)和快視產(chǎn)品的展示。

其中，原始數(shù)據(jù)標(biāo)定包括協(xié)助扣除暗場、平場等，配套程序主要完成太陽像位置校準(zhǔn)、X 射線能譜和成像計算等，高等級應(yīng)用軟件可以提供如磁場外推等。

太陽是一個變幻莫測的大火球。在太陽表面，除了常見的黑子、針狀體等活動，還有蓄勢待發(fā)、隨時可能掙脫太陽引力和磁場束縛的暗條和冕環(huán)等。

為了滿足用戶實時了解太陽動態(tài)的需求，ASO-S 衛(wèi)星網(wǎng)站提供的快視產(chǎn)品包括太陽磁圖、日面和日冕圖像、X 射線流量、能譜和成像，還有反映太陽一個自轉(zhuǎn)周演化的多種卡林頓圖像。

衛(wèi)星網(wǎng)站還為科學(xué)用戶提供 " 太陽特征事件庫 "，主要包括太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射、日珥爆發(fā)等三大最劇烈活動特征事件，及這些事件的基本參數(shù)，比如耀斑的級別、日冕物質(zhì)拋射的角寬度、日珥爆發(fā)的速度等。它們在磁場演化、輻射機制、大氣加熱、粒子加速等方面具有重要的研究價值。

衛(wèi)星網(wǎng)站：http://aso-s.pmo.ac.cn/en_index.jsp

改變格局

自上世紀 60 年代以來，人類已經(jīng)發(fā)射了 70 多顆與太陽探測相關(guān)的衛(wèi)星，而中國在太陽探測衛(wèi)星方面長期缺席。

隨著綜合國力的不斷增強和國家對空間科學(xué)的重視，我國太陽空間觀測的發(fā)展迎來機遇期，起步晚，但發(fā)展快。2021 年 7 月 5 日，" 風(fēng)云三號 E 星 " 氣象衛(wèi)星發(fā)射升空，首次搭載了 X-EUV 太陽成像儀；2021 年 10 月 14 日，" 羲和號 "（CHASE）成功發(fā)射，成為國內(nèi)首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)實驗衛(wèi)星；計劃于 2022 年 10 月發(fā)射的 ASO-S 衛(wèi)星將成為我國首顆綜合性太陽觀測專用衛(wèi)星。

我們完全有理由期待，ASO-S 衛(wèi)星將會帶給人類更多關(guān)于太陽物理的深刻洞見，而科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)也必將發(fā)揮不可替代的作用，開始面向世界提供我國自主的太陽空間觀測數(shù)據(jù)。