換個角度看太陽，“羲和二號”有絕招

我國羲和二號探測器計劃于2028～2029年間擇機發射，前往日地拉格朗日L5點，探索太陽系未知疆域，開展長期穩定的太陽觀測與行星際空間環境探測。那么，觀測太陽究竟有哪些重要的科學意義與應用價值？“羲和二號”選擇部署軌位背后，考慮到哪些因素？它又將搭載哪些先進載荷，實現哪些關鍵觀測目標呢？

研究太陽曾拯救過人類？

顧名思義，“羲和二號”是我國“羲和家族”的第二位成員。自2021年起，作為我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星，“羲和號”在軌穩定運行，持續“捕捉”太陽大氣活動的精細特征，積累了海量科學數據，取得了多項國際開創性成就。與此同時，其他國家航天科研人員同樣密切關注太陽，發射了一系列太陽探測器。

那么，有哪些奧秘和價值“潛藏”在太陽身上，吸引著人類孜孜以求呢？

太陽探測器載荷艙效果圖

原來，太陽是地球的光與熱之源，孕育了地球的宜居環境，但太陽釋放的能量并非恒定不變的，而是頻繁出現太陽黑子、耀斑、日冕物質拋射等現象，持續向太空中拋射高能粒子與等離子體，深刻影響地球環境。

事實上，這種影響并非僅存在于遙遠的宇宙空間，人類曾經切身體會過驚險案例——太陽風暴險些引發核戰爭。

1967年5月，正值冷戰白熱化時期，美國監測蘇聯戰略導彈發射跡象的多套預警雷達系統竟然在同一時間全部失靈了。緊張的美軍認定，雷達遭到了蘇聯電子干擾，這很可能是核戰爭的“預兆”。因此，美國核武器瞄準蘇聯，毀滅性核戰爭的按鈕幾乎就要被按下。千鈞一發之際，科學家及時證實：預警雷達失靈并非源于軍事襲擊，而是一次極強的太陽耀斑引發的。這起驚悚的烏龍事件直接推動了美國加強對太陽活動的系統性研究。

后續研究發現，劇烈的太陽風暴一旦沖擊地球磁場，不僅會干擾導航、通信等不同用途的衛星信號，還有可能對電網等地面基礎設施構成嚴重威脅。科學家歸納總結觀測數據后確認，太陽活動以約11年為周期，其對地球的影響被稱為“空間天氣”。就像我們依據天氣預報安排日常出行與生產生活，空間天氣預報對于保障航天活動安全、天地通信暢通、地面基礎設施運轉等是至關重要的。

研究太陽同樣具有深遠的科學意義。在科學家看來，太陽是天然的“恒星物理實驗室”。通過觀測太陽，科學家可以驗證恒星內部結構理論，探索磁場與等離子體相互作用的奧秘，甚至追溯太陽系的形成與演化歷史。

可以說，了解太陽就是了解我們身處的空間環境，也是解開宇宙中無數恒星奧秘的“鑰匙”。循著這條道路，人類將一步步認識更多星辰，在漫長的探索征程中，收獲一個又一個通往宇宙深處的驚喜。

位置與時間大有講究

按計劃，“羲和二號”將部署于日地拉格朗日L5點附近，距離地球約1.5億公里。科學家為何要費盡心力地將“羲和二號”送往如此遙遠的地方呢？

解釋這個問題前，我們先要初步了解：什么是日地拉格朗日L5點？簡單來說，日地拉格朗日點包括5個特殊空間位置，航天器在這些位置附近運行時，承受的太陽與地球引力作用會保持平衡。其中，日地拉格朗日L4點、L5點分別與太陽、地球連線構成了等邊三角形，在這兩點附近部署的航天器維持軌道只需消耗極少的能量。而且，經過適當的軌道調整后，航天器公轉周期可以與地球保持一致，便于跟蹤測控。

日地拉格朗日 L5點示意圖

既然日地拉格朗日L4點、L5點與太陽的距離相同，“羲和二號”為何最終選擇L5點？這里又有什么獨特的優勢呢？

原來，在地球公轉過程中，L4點“超前”地球60度，而L5點“滯后”地球60度。如果將地球公轉軌道比作“跑道”，地球則是“奔跑的運動員”，那么L5點就像始終跟在地球后方、保持固定角度的“觀測員”。這個獨一無二的位置有望賦予“羲和二號”無可替代的科學價值。

要知道，太陽的赤道區域自轉一周需要約27個地球日，而黑子、耀斑源等太陽活動區也會逐漸轉到正對地球的一面。作為“空間天氣預報員”，部署在L5點的“羲和二號”很可能提前4～5天觀測到太陽活動區，就像從風暴側面提前看清楚其整體形態，從全新視角緊盯日地空間，以便及時預警。

此外，“羲和二號”還能對太陽爆發進行三維成像，精準判斷太陽爆發是否朝向地球。這是從地球視角難以具備的觀測太陽本領。

那么，“羲和二號”為什么要選擇在2028～2029年間奔赴太空？選擇這個時間段又會對其任務產生怎樣的影響？

“羲和二號”選擇發射時間，一方面要考慮到探測器研制進度，滿足執行任務的工程條件。另一方面，預計2028～2029年處于第25太陽活動周峰值過后的下降階段，此時發射“羲和二號”將是契合科學目標的理想策略，觀測優勢不遜于峰值期。

因為峰值期太陽活動過于密集、復雜，各類現象相互交織，科學家難以“拆分”單一物理過程。而進入下降階段后，強太陽風暴等大型爆發事件仍會發生，頻率卻會降低，更便于科學家精細觀測單個太陽活動區，研究磁場、耀斑或日冕物質拋射等完整演化過程，深入解析其物理機制及其對地球影響的規律。

到時候，羲和二號探測器有望成為首個長期駐留在日地拉格朗日L5點的太陽探測器，開啟太陽立體探測的新階段。它將與近地軌道探測器組網協作，形成立體觀測體系，同時服務于國際太陽物理聯合研究與空間天氣預報能力升級，進一步夯實人類探索太陽、守護地球空間環境的能力“根基”。

“高大上”設備能干啥？

日冕、耀斑、太陽風暴等太陽活動紛繁復雜，因此各國研制的太陽探測器普遍會配備多種科學載荷，包括光學與紫外成像光譜儀、日冕儀、磁像儀、高能粒子與等離子體分析儀、X射線和伽馬射線探測儀等。這些載荷將協同工作，從成像、磁場、粒子、輻射等多維度入手，實現全波段、立體式探測太陽，力爭完整追蹤太陽爆發的全過程，為空間天氣預警與太陽物理研究提供關鍵數據。

據公開資料顯示，“羲和二號”將采用磁懸浮控制衛星平臺，因此具備超高的指向精度與穩定性，有利于抑制微振動干擾，獲得更高清的觀測圖像和更精細的數據信息。

它搭載了日冕儀、太陽風粒子分析儀、太陽望遠鏡等5類科學載荷，將協同精確測量矢量磁場，嘗試繪制太陽爆發的三維結構模型，解答太陽活動區磁場演化與爆發的物理關聯問題，還有助于精準預報預警，研究太陽爆發規律與災害性空間天氣的關系等問題。事實上，這些都是太陽物理與空間天氣領域亟待突破的核心課題。

探測器“側視”太陽示意圖

具體來說，科學家期待借助“羲和二號”實現三大科學目標。

其一，提前預警有可能威脅地球的太陽風暴，這也是太陽探測任務最有實用價值的意義。畢竟我們或許不在意天邊為什么會形成云雨雷電，但我們肯定想知道下一場風暴何時來臨。“羲和二號”將擔任“太陽風暴預報員”，幫助科學家將高風險空間天氣預警“窗口”從目前的1～2天延長到4～5天，為保護航天員、航天器和地面電力、通信等基礎設施爭取到更多寶貴的應急時間。

其二，揭示日冕加熱和太陽風加速的物理機制。科學家形象地比喻稱：“太陽就像一鍋煮沸的等離子體湯，表面不斷翻滾，磁場交織復雜。‘羲和二號’將幫助我們理解，能量如何從太陽內部傳輸到日冕，太陽風如何獲得如此高的速度……”

其三，通過結合“羲和二號”的“側視”數據和地球視角的觀測活動，科學家將首次獲得太陽活動的完整三維圖像，這對于人類理解太陽爆發的“全貌”至關重要，有助于揭示更多太陽系演化奧秘。

來源/中國航天報、《飛天科普周刊》

編輯/楊斯爽

審核/宿愿

監制/姜軍

本文轉載自公眾微信號：中國航天科普

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