ASO-S:中国人的“探索太阳”之眼

太阳发射的大量带电高能粒子对地球电磁环境造成了严重破坏，特别是太阳黑子、太阳耀斑和日冕物质抛射。

我们的ASO-S卫星将搭载三个仪器，一个叫全太阳矢量磁成像仪，专门观测太阳磁场；一种叫硬X射线成像仪，专门观测太阳耀斑；一个叫做莱曼阿尔法太阳望远镜，专门观察日冕物质抛射。

中国科学院紫金山天文台研究员、ASO-S卫星工程首席科学家甘。

在距离地球1.5亿公里的太空中，有一颗巨大的恒星一直在发光发热。它耀眼的光穿透大气层，给蓝色的地球带来光和热。是太阳。

太阳是与人类关系最密切的恒星，也是目前人类唯一可以详细研究的恒星。通过对太阳的详细研究，可以对太阳磁场、太阳耀斑、日冕物质抛射(一磁二暴)有更深入的了解。

“目前，我国首颗综合太阳探测卫星——先进天基太阳观测站(ASO-S)即将进入样机研制阶段。”ASO-S卫星项目首席科学家、中国科学院紫金山天文台研究员甘告诉《科技日报》记者。

这意味着该卫星的工程样机已经接近完成，经过大约一年的样机开发，ASO-S预计将于2022年发射。届时将详细记录第25个太阳活动周的“太阳风暴”，并及时预测太阳爆发对地球可能造成的影响。

太阳“爆发”的后果非常严重

大约46亿年前，在距离银河系中心约26000光年的旋臂上，一团分子在自身重力作用下开始坍缩，逐渐形成了我们今天所熟悉的太阳。

从古至今，太阳引起了太多人类的思考，我们对这颗耀眼的恒星充满了好奇。然而，人们最关心的是太阳对地球的影响。

虽然太阳与地球的平均距离为1.5亿公里，但一旦太阳“蓬勃发展”，就会给地球带来不可估量的后果。

2003年10月31日，太阳爆发强磁暴，破坏了GOES、ACE、SOHO、WIND等一系列欧美科学卫星。导致全球卫星通信干扰，GPS全球定位系统冲击，定位精度偏差，需要即时通信定位的地面和空间部分交通系统瘫痪。

原因是太阳放出大量带电高能粒子，对地球电磁环境造成严重破坏，特别是黑子、耀斑和日冕物质抛射。

太阳黑子存在于磁场聚集的太阳光球层表面。借助现代科学技术，科学家们观察到太阳黑子的数量和位置每11年就会周期性变化。

太阳耀斑是一种强烈的辐射爆炸，是太阳系中最强烈的局部爆炸。太阳耀斑辐射的光波长跨越了整个电磁波谱。

日冕物质抛射是太阳释放能量的另一种形式。巨大的日冕物质抛射可以在短时间内使数十亿吨物质离开太阳。

“从自然科学的角度来看，太阳是一个非常好的自然物理实验室。除了太阳内部的物理过程，我们还可以观察和研究太阳的表面、大气、磁场、结构、涨落、全波段辐射、等离子体和流体规律。”甘对说道。

据计算，一旦发生日冕物质抛射，科学家至少可以在它影响地球前40小时内获得信息，以便及时防护，避免可能的损害。

为天文研究贡献中国的力量

自20世纪60年代以来，世界各国已经发射了70多颗太阳能探测卫星。

2018年，美国派克太阳探测器发射升空，以前所未有的近距离观测太阳，取得了可观的成果。

为什么要在太空探索太阳？甘魏群解释说，因为地球上有大气层，所以在地面上只能观察到太阳的可见光和有限的无线电辐射，它们只占太阳辐射光谱的一小部分。更多波段的辐射，如大多数紫外线和红外线、X射线和伽马射线，在到达地面之前被地球大气层吸收。

去年7月，中国首次火星探测任务“田文一号”成功发射。数月后，“嫦娥五号”返回者携带月球样本安全着陆.近年来，我国“探月”、“探火”工程逐步推进，不断取得重大突破。中国的“探月”工程也已提上日程。

2016年4月28日，中国科学院空间科学战略试点科技专项背景示范项目“先进天基太阳观测站(ASO-S)”通过了中国科学院国家空间科学中心组织的项目完成审查。经过一年多的深入研究和全面论证，ASO-S终于在2017年底获得中科院批准。

早在1976年，我国就试图提出并实施太阳空间探索卫星计划。几十年后，我国还没有发射一颗用于太阳探测的特殊卫星。因此，中国第一颗综合太阳能探测卫星ASO-S备受关注。

“建造这颗卫星的想法形成于20世纪90年代，经过不断的修正和完善，直到2011年中国科学院启动空间科学试点项目，ASO-S才步入正轨，经历了一套空间科学卫星项目。标准程序。”甘表示，ASO-S预计在2022年完成发射任务，然后按计划进入720公里高度的太阳同步轨道，开始肩负探索太阳的重任。

“在国际天文学中，我们国家的太阳理研究论文总数已经位居世界第二，但这些论文所使用的数据大都来自国外卫星的观测，我们缺少原创性贡献。ASO-S上天后不仅可以拥有第一手数据，也将为国际天文学研究贡献中国力量。”甘为群说。

　　中国“探日”卫星携带3件“法宝”

与国际上之前的70多颗太阳探测卫星相比，ASO-S卫星最大的特点是要实现 “一磁两暴”的科学目标，即在一个卫星平台上同时观测太阳磁场、太阳耀斑和日冕抛射，研究它们三者之间的关系。

为了观测“一磁两暴”，ASO-S将搭载3台不同功能的太阳探测望远镜，它们的有机组合，是ASO-S的又一个大特色。

“我们的ASO-S卫星将携带3台仪器，一个叫全日面矢量磁像仪，专门观测太阳磁场；一个叫硬X射线成像仪，专门观测太阳耀斑；一个叫莱曼阿尔法太阳望远镜，专门观测日冕物质抛射。”甘为群说，除了3台仪器的组合特色外，3台仪器又各有一些自己的特色。比如全日面矢量磁像仪，其时间分辨率相对较高；硬X射线成像仪比国际同类仪器探头数目要多，有99个探测器；莱曼阿尔法太阳望远镜则不仅能进行内日冕观测，同时莱曼阿尔法谱线本身又是一个新的观测波段窗口。

在此之前，我国的“探日”卫星属于空白，没有多少经验可循，关键技术的攻坚克难可谓“难比登天”。就拿硬X射线成像仪来说，需要攻克3项关键技术。以光栅的加工为例，硬X射线成像仪的99个探头相当于一个个的小眼睛，这些小眼睛前面是由硬金属加工的光栅构成的，X射线光子需要穿过光栅中的缝隙，而最窄的缝隙只有18微米，比头发丝还要细。甘为群把制作过程比作加工一本书，首先要生产出带有狭缝的“纸”，再严格控制好纸与纸之间的距离，黏成一本缝隙均匀的厚“书”。此外，还要综合考虑热胀冷缩、空间环境恶劣、经历发射过程等因素。

2021—2022年正处于第二十五个太阳活动周期的开始阶段，太阳黑子将越来越多，太阳磁场也会越来越强，太阳的爆发会增加，预期在2025年前后达到峰值，ASO-S卫星2022年发射应该是一个非常好的时机，能够观测到一个较为完整的太阳周期。

升空后，ASO-S卫星将在距离地表720公里的太阳同步轨道运行，该轨道穿过地球的南极和北极，倾角在98度，这个角度能够确保卫星24小时连续不断地观测到太阳。ASO-S卫星的预期在轨运行时间将不少于4年。