中國"羲和號"衛星首席科學家:可給太陽"做CT"

日期: 2025-12-02 | 來源: 環球網 | 有0人參與評論 | 字體: 小中大
作為中國首個太陽專屬“攝影師”，中國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”自2021年10月14日發射以來，已開創5項國際突破，生成科學數據約1.2Pbit。這顆以中國太陽女神命名的衛星正在距地球平均高度為517公裡的太陽同步軌道上，以平均每95分鍾繞地球一圈的速度持續運行。“羲和號”首席科學家、南京大學教授丁明德日前在接受《環球時報》記者采訪時用CT掃描形象地比喻稱：“羲和號”不到一分鍾就可以給整個太陽大氣做一次具有300多層切片的三維CT成像觀測。不僅如此，中國更多太陽探測計劃也正加速推進。

“羲和號”示意圖（受訪者供圖）

太陽專屬的中國牌“CT掃描儀”

在浩渺太空中，傳統衛星的微振動問題長期困擾著高精度觀測。丁明德對記者說：“傳統衛星平台存在微振動‘難測、難控’的技術難題，平台艙飛輪、陀螺等活動部件的振動會不可避免地傳遞至載荷艙，造成相機觀測質量下降。”

“而‘雙超’衛星平台突破傳統衛星平台微振動‘難測、難控’的技術瓶頸。我們采用磁浮控制技術，將平台與載荷的物理接觸徹底隔絕，確保載荷成像不受平台擾動的影響。”丁明德解釋道。

這項革命性設計采用“動靜隔離非接觸”總體設計，通過磁浮控制技術將平台艙與載荷艙物理隔離。振動源集中於平台艙，而太陽Hα光譜儀置於載荷艙，通過非接觸磁懸浮技術徹底隔絕振動傳遞。該設計使載荷控制精度和穩定度提升兩個數量級，達到國際頂尖水平。

“這是國際上首次實現‘載荷艙主動控制、平台艙從動控制’的主從協同控制方案。”丁明德強調，該技術的突破不僅解決了姿態和位置動力學耦合問題，還實現了艙間無線能源傳輸、艙間激光通信等多項衛星平台新技術驗證。

而另一項原創技術同樣耀眼，丁明德表示，“羲和號”搭載的原子鑒頻太陽測速導航儀在國際上首次在軌采用原子鑒頻原理，利用鈉原子自身的超精細光譜作為頻率標准，經在軌實測導航儀的測速精度優於2米/秒，為深空探測提供了新型測速手段。

談及技術前景，丁明德對《環球時報》記者表示：“未來雙超平台技術將在高分辨率遙感、太陽立體探測、系外行星發現等新一代航天任務中得到推廣應用，推動中國空間技術的跨越式發展。”

首次繪制太陽自轉三維圖

2023年，“羲和號”傳回的數據顛覆了人們對太陽自轉規律的認識。“我們首次繪制出了太陽大氣較差自轉的三維圖像，發現太陽大氣的自轉速度從裡到外呈現出逐漸增加的‘反常’規律。”丁明德表示。

對於這一反常識現象，丁明德解釋稱：“太陽是一個包含電離氣體即等離子體的球體，正常情況下自轉速度從裡到外應該逐漸下降。探測到的‘反常’自轉規律體現了太陽大氣與磁場相互作用的復雜性。”研究團隊還發現，這種反常現象源於“小尺度磁場的拖曳效應（即磁凍結效應）”，不同層次的等離子體具有不同的電離度，導致不同的拖曳效應。

2024年“羲和號”的另一項科學發現也震動國際學界——捕捉到罕見的X1級白光耀斑。丁明德對《環球時報》記者表示：“白光耀斑的最大科學難題是其加熱和輻射機制，學界長期存在爭議。初步研究發現其加熱和輻射無法用現有理論模型解釋，這表明可能存在新的加熱機制。”這類耀斑的能量可穿透光球層，為研究太陽爆發在大氣中的傳輸規律提供了珍貴樣本。

特別值得關注的是，“羲和號”實現了國際上首次在軌同時獲取太陽Hα譜線、Si Ι譜線和Fe Ι譜線的精細結構。丁明德說：“這是人類首次觀測到真實的Si I譜線，地面觀測時該譜線與地球大氣水線重疊而被完全掩蓋。”三條譜線形成於太陽大氣不同層次：Si I線最低（光球層），Fe I線居中，Hα線最高（色球層）。它們共同構建了太陽大氣的立體圖譜。

基於這些突破性成果，“羲和號”每46秒完成一次376個波長點的全日面掃描，獲得1600萬個日面點的高分辨光譜信息，使科學家能反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度場，將太陽活動研究推進至前所未有的精度。

數據共享推動全球太陽研究

據丁明德介紹，目前在南京大學太陽科學數據中心，全球科研人員可自由獲取“羲和號”的觀測資料。“目前已有美、德、英、日等15個國家的科研團隊下載使用‘羲和號’觀測數據。”這種開放共享模式也是國際太陽物理界的慣例。

2023年，國際權威期刊《天體物理學雜志快報》發布“羲和號”成果專輯，集中收錄18篇學術論文。“這是基於中國天文觀測設備的相關成果首次在該期刊發表專輯”，丁明德強調，“羲和號”使中國首次擁有自主特色的太陽觀測資料。

目前，“羲和號”正與中國的另一顆探日衛星“誇父一號”、美國的SDO和IRIS、歐洲的Solar Orbiter等衛星開展聯合觀測研究，產出豐富科學成果。丁明德分析稱，當前美歐太陽衛星主要觀測高能X射線、極紫外波段及磁場，而“羲和號”在光學波段的光譜探測成為多波段研究不可或缺的一環。

這種互補性使“羲和號”數據成為國際太陽研究的基石。至今，基於其觀測數據的研究論文已達70余篇，涵蓋太陽爆發三維動力學、太陽大氣波動、暗條振蕩等前沿領域。目前衛星數據已接入國家空間天氣監測預警中心，實現業務化應用，為空間天氣預報提供關鍵支撐。

是新起點，也是新征程

面對4年積累的原始數據，丁明德向《環球時報》記者透露：“我們准備利用人工智能方法分析這些數據，發掘未被發現的科學信息，同時將太陽作為恒星研究標本，通過研究太陽活動規律，可拓展至恒星活動研究，這些研究對尋找太陽系外類地宜居行星具有重要科學意義。”

丁明德表示：“目前中國正在啟動‘羲和二號’日地L5點的太陽立體探測衛星工程，以及‘誇父二號’太陽極軌天文台計劃。”

面對國際競爭態勢，丁明德表示：“美國和歐洲也在部署類似的計劃，這意味著中國太陽探測有望從觀望到跟跑，再到與發達國家競跑的行列。”他給出兩點建議：“一是需要進一步提高探測器的技術水平，二是需要搶占L5和極軌等太陽探測的黃金制高點。”

隨著太陽活動高峰期的到來，空間天氣預警更顯迫切。丁明德強調了“羲和號”的應用價值：“可以用於太陽爆發活動的監測，為空間天氣預報提供重要的觀測依據，從而避免災害性空間天氣對人類高科技活動產生的潛在危害。”

從日地L5點探測到太陽極軌探測再到太陽抵近探測，中國後續太陽探測計劃已蓄勢待發。從神話中的太陽女神到現代空間探測，從地面觀日到太空探日，“羲和號”不僅開啟了中國的空間探日時代，更在人類探索太陽奧秘的征程中刻下了中國坐標。
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