現代快報訊這幾日，連續的雨天，讓我們無緣和太陽見面。
連綿的雨，也讓地面觀測太陽的光學天文望遠鏡，只能關上天窗「休息」。有沒有辦法讓太陽天天見呢？為了能連續不斷地對太陽進行觀測，中國科學家正全力以赴推進太陽探測衛星計劃。根據計劃，我國第一顆太陽探測綜合衛星—ASO-S有望在2021年底前後射入軌道，以完整記錄太陽活動，觀測太陽的「一磁兩暴」。
ASO-S是什麼，它有些什麼秘密？近日，現代快報記者跟隨ASO-S衛星首席科學家甘為群研究員，走進位於中國科學院紫金山天文臺的實驗室。
去太空，首次實現一星三「鏡」組合「飛天」
ASO-S（Advanced Space-based Solar Observatory）是先進天基太陽天文臺簡稱，是我國太陽物理界在2011年自主提出的太陽空間探測衛星計劃，也是中國首顆太陽探測衛星。
△正在組裝的 ASO-S 太陽硬 X 射線成像儀工程樣機
甘為群介紹說，早在1976年，中國就嘗試製造第一顆太陽觀測衛星，由於種種原因，直到整整44年後的今天，中國仍沒有自己的太陽「專屬」探測衛星上天。「從上世紀六十年代以來，世界各國先後發射了70多顆太陽探測相關衛星進入太空。中國的太陽物理研究位居世界第二，但用的都是『別人家』的數據。」甘為群說，讓中國自己的太陽衛星「飛天」迫在眉睫。
不過，讓太陽衛星上天不是一件容易的事。「科學衛星研製是一個大的系統工程，在我國剛剛起步，涉及人員眾多，需要相關各行業的科技工作者共同努力，除了衛星上有效載荷研製，還需要運載系統、發射場系統、測控系統、衛星系統、地面支撐系統、科學應用系統的配合，這些系統的高效運作顯然還需要一個強有力的指揮和協調系統」。
甘為群研究員告訴現代快報記者，2017年底，中國科學院批覆ASO-S衛星正式工程立項，經過16個月努力，團隊攻克了項目中一系列關鍵技術難題，2019年年中衛星順利由方案設計階段轉至工程初樣階段，方案階段表現和初樣階段進展被評為2019 年度「中國天文十大科技進展」之一。
「太陽上的物理現象十分豐富，其中太陽耀斑和日冕物質拋射是太陽上兩類最劇烈的爆發現象，對地球空間環境的破壞性最大。現在一般認為，這兩種現象均是由太陽磁場引起的。」甘為群介紹說，ASO-S的科學目標，就是要觀測和研究太陽磁場、太陽耀斑、日冕物質拋射三者之間的關係，簡稱「一磁兩暴」。
為實現這一目標，ASO-S上將搭載3個三臺望遠鏡：太陽全日面矢量磁像儀、萊曼阿爾法太陽望遠鏡和太陽硬X射線成像儀。它們將分別用來觀測太陽磁場、耀斑和日冕物質拋射。
科技感十足，91對「小細眼」去觀測X射線
在紫金山天文臺實驗室，現代快報記者見到了太陽硬 X 射線成像儀的工程樣機，這臺樣機主要是用來驗證「望遠鏡」的基本工作原理及性能。
△ASO-S 太陽硬 X 射線成像儀工程樣機上的91對光柵寬窄不同
和光學望遠鏡不同，實驗臺上的太陽硬 X 射線成像儀主體部分是一個長達1米多的方形鈦合金框架，框架上有一個個的圓孔。這些圓孔都是用來接光柵的，上面一共有91對互相呼應的光柵，它們相當於是望遠鏡的鏡頭。「這個鏡頭設計的主要難點在光柵的製作和對應光柵之間的準直校調」。負責這臺儀器研製的張哲副研究員介紹，91對光柵寬窄不同，最窄的僅有18微米（1微米為1毫米的千分之一），裝配時必須要確保兩個光柵在一米多的距離上對準對齊，還不能受環境變化，否則就無法成像；此外，該儀器的光柵厚度有要求，製作難度大，每個光柵都是由數十層疊加而成，其中最窄的1對光柵光成本就在百萬人民幣量級。
△ASO-S 太陽硬X射線成像儀準直器（原理樣機）
記者了解到，每對光柵後端還將安裝量能器，相當於相機的感光元件，然後連接電控箱，將採集到的數據傳到星上計算機。為了確定X射線源的位置，框架後端還安裝了可見光相機，通過拍攝太陽來定位。
△ASO-S 太陽硬X射線成像儀量能器（工程樣機）
與地面儀器不同，衛星升空過程中會帶來震動、加速度、溫度、真空等變化，所以該望遠鏡不僅採用的是鈦合金框架，而且裝有多個熱控貼點，通過熱控設計可以將望遠鏡的前後端溫差控制在1度以內。該工程樣機還需要在中國科學院上海微小衛星創新研究院的ASO-S衛星系統經過各類環境模擬測試，最終上天的儀器將完全按初樣件複製。
據悉，太陽硬 X 射線成像儀是衛星上三臺儀器中尺寸最大的一臺，設計的衛星總重近1噸，三臺望遠鏡總重為 300多公斤。按照目前進展情況，該衛星可望按計劃在2021年底前後發射，衛星設計壽命不少於4年。
不怕陰雨天，衛星上看到的是「永不下山」的太陽
把望遠鏡送到太空去觀測不僅可以避免地球大氣層的影響，更主要地是拓展了觀測波段範圍，增加了觀測時間。ASO-S衛星擬採用高度為720公裡、周期約為90分鐘的太陽同步晨昏軌道。
甘為群研究員告訴記者，這樣的軌道設計可以保證幾乎不間斷的連續對太陽進行觀測，每年只有5月中旬到8月約2個半月的時間存在陰影，最長陰影時間約18分鐘。通俗的說，就是只有這兩個多月期間，衛星每次繞地球一圈的90分鐘時間內，會有幾分鐘（最長18分鐘）無法觀測太陽。
「我們這顆太陽探測衛星發射成功後，預計每天將發送大約500GB的數據至中國科學院國家空間科學中心的ASO-S地面支撐系統，數據經過簡單處理後被傳送至紫金山天文臺的ASO-S科學應用系統，數據經過一系列的處理，及時地變成科學級數據，存儲在ASO-S資料庫，連同數據分析軟體，都會適時公布在ASO-S網站上，供國內外用戶使用。前期我們已經在國際上開展了宣傳，我們希望利用ASO-S數據開展太陽物理前沿研究的人越多越好」。甘為群研究員表示，ASO-S數據秉承共享理念，不設門檻，普通公眾也可以進入網站查看數據，同時還會基於ASO-S觀測設有專門的科普欄目。
太陽有暴脾氣？提前預報災害
在太陽系裡，太陽是「內心戲」很足的星球，會耍脾氣，會「打噴嚏」，爆發太陽耀斑、日冕物質拋射等。
別看太陽只是打個「噴嚏」而已，卻會引發災害性空間天氣事件。在人類歷史的記載中，對地球造成影響最大的太陽耀斑事件是發生在1859年的卡林頓事件，使電報系統都著了火，整個地球包括赤道地區都看到了極光。這次事件如果發生在今天，將會重創各種現代化系統，大量的設施設備將會癱瘓或損壞，至少造成數萬億美元的損失，而恢復可能需要很長的時間。此外，太陽耀斑也會對地球軌道上的衛星和空間站的太空人形成巨大威脅，不過由於地球磁場的保護，地球上的生命並不會受到太陽耀斑的嚴重威脅，但會嚴重影響供水、供電、能源（輸油管道）、交通、通訊等基礎設施。
甘為群研究員表示，作為我國第一顆太陽探測綜合衛星，我們對ASO-S衛星的科學成果充滿期待，弄清太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質拋射三者之間的因果關係，也將為嚴重影響人類生存環境的空間天氣提供預報的物理基礎。
記者了解到，目前國際上的空間天氣預報水平相當於上世紀60、70年代的天氣預報水平，我們也期待通過ASO-S的成功發射和運行，空間天氣預報能上一個新的臺階，這樣我們就可以更好地應對太陽爆發對地球產生的災害，造福全人類。
現代快報+/ZAKER南京記者 許軍 胡玉梅 /文 顧煒/攝