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相距1.5億公里,給太陽大氣做CT(科技自立自強)

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發布時間:2022-08-31 14:00:11

成功在軌運行10個月后,我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”的科學探測和衛星技術成果今天正式公布。從“羲和號”上“看”太陽,觀測到了什么?這些科學探測成果,對于人類認識太陽有哪些新貢獻?后續太陽探測活動,還將如何開展?

  相當于給太陽低層大氣做CT掃描

  “羲和號”于2021年10月14日發射升空,運行于平均高度為517公里的太陽同步軌道。作為首位太陽專屬“攝影師”,“羲和號”的發射,意味著我國實現太陽空間探測“零的突破”。

  “在科學探測方面,‘羲和號’發射后成功實現了兩個首次,即國際首次獲得空間太陽Hα(氫阿爾法)波段光譜掃描成像以及國際首次在軌獲取太陽Hα譜線、Si I(中性硅原子)譜線和Fe I(中性鐵原子)譜線的精細結構。”國家高分辨率對地觀測系統總設計師兼副總指揮、國家航天局對地觀測與數據中心主任趙堅介紹。

  “羲和號”衛星首席科學家、南京大學教授丁明德告訴記者,Hα譜線是太陽活動在太陽低層大氣中響應最強的譜線。對這條譜線開展探測,就可以同時獲得光球層和色球層的活動信息,大大提高了我們對太陽爆發物理機制的認知。

  “以前對于Hα譜線的探測只能在地球上進行,受到大氣干擾,探測數據經常不連續不穩定。”趙堅介紹,“羲和號”的主要科學載荷為太陽Hα成像光譜儀,通過光譜掃描成像,分辨率達到了0.0024納米,比地面濾光器的分辨率提高了約10倍,達到了國際先進水平。每張光譜掃描圖像實際上都包含了300多張照片,分別對應了光球層和色球層不同高度處的太陽圖像,因此相當于給太陽低層大氣做CT掃描。而每一張“CT圖”上,又反映了日面上近1600萬個點的信息。

  除了太陽Hα譜線,“羲和號”還同時獲得了Si I譜線和Fe I譜線。尤其是Si I譜線,以往在地面觀測時被地球大氣的水分子譜線掩蓋,“羲和號”在空間直接觀測到了Si I完整的譜線輪廓,這是國際上的第一次。通過三條譜線的研究,結合“羲和號”獲得的全日面色球和光球的多普勒速度圖,可以反演計算出太陽大氣的溫度、密度、速度,從而幫助我們深入研究太陽的大氣結構,了解太陽爆發活動的觸發原因和傳播過程,更好地開展空間天氣預報,保障人類生命安全。

  專家表示,“羲和號”衛星在軌開展的相關試驗,是國際上第一次在太空進行Hα譜線研究,目前已經獲得了2項太陽探測國際科學成果,顯著提高了我國在太陽物理領域的國際影響力。

  非接觸式磁浮衛星平臺讓拍照更準、更穩

  “羲和號”在新型衛星技術試驗方面也實現了多個首次,如國際首次實現了主從協同非接觸“雙超”(超高指向精度、超高穩定度)衛星平臺技術在軌性能驗證及工程應用;實現了國際首臺太陽空間Hα成像光譜儀在軌應用;實現了國際首臺原子鑒頻太陽測速導航儀在軌驗證等。

  “羲和號”衛星系統總指揮、中國航天科技集團八院科技委常委陳建新表示,要在相距太陽1.5億公里遠的地球附近對太陽“明察秋毫”,就對相機的指向精度和穩定度提出了更高的要求。“羲和號”衛星在國際首次采用基于“動靜隔離、主從協同”理念的非接觸式磁浮衛星平臺,就像給相機裝上了高精尖的“云臺”,讓相機對得準、拍得穩。

  “在太空中,衛星載荷哪怕一次微小振動,都會讓成像效果差之毫厘、謬以千里。”陳建新介紹,“雙超”衛星平臺采用磁浮控制技術,將平臺與載荷的物理接觸徹底隔絕,確保載荷成像不受平臺擾動的影響,將我國衛星平臺的姿態控制水平提升了1至2個數量級,達到了國際先進水平。

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