【環球時報-環球網報導 記者 鄧孝慈】太陽，是與我們關係最密切的一顆恆星，也是唯一一顆可以詳細研究的恆星。它為我們帶來了光明和溫暖，但同時也會對地球產生重大影響。我國第一顆綜合性太陽探測衛星——先進天基太陽天文臺（ASO-S）將於2022年發射升空，揭示太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質拋射（一磁兩暴）的形成及相互關係，預期在軌運行不少於4年。
針對無數天文愛好者們提出的「為什麼要離開地表，去往空間探測太陽」、「如何與太陽保持安全的探測距離」、「探測太陽的實際價值」等問題，ASO-S項目首席科學家、中國科學院紫金山天文臺甘為群研究員接受本報記者專訪，一一解答。
ASO-S衛星由三臺有效載荷組成 圖片來源：紫金山天文臺
「在地面上對太陽進行觀測，由於地球大氣層的存在，我們只能觀測到有限的波段，即可見光波段和一部分紅外光，以及有限的紫外光和射電輻射，它們在寬廣的太陽輻射波譜中只佔很小的一部分，更多波段輻射，比如說大部分紫外和紅外線、X射線和伽馬射線等高能輻射，都無法達到地面，因為它們在地球大氣中就被吸收掉了。如果你看整個波段的太陽電磁波譜，你會發現大部分都被地球大氣吸收掉了，」甘為群介紹到。「所以，想要在全波段觀測太陽，尤其是可見光波段之外的，要選擇去空間進行觀測。只有將探測器發射到太空中去，避開地球大氣的影響，從各個波段研究太陽，才能夠描繪出一幅完整的太陽圖像。」
「早期的話，人類早期通過氣球來進行觀測。但這種觀測的持續時間比較短。後來，隨著空間技術的發展，更多科學家選擇通過衛星進行長時間的觀測。衛星的優勢還在於能夠完全脫離地球大氣的影響，這樣就可以進行全波段的觀測，這也是為什麼要到空間進行觀測。」
ASO-S衛星 圖片來源：紫金山天文臺
記者了解到，ASO-S搭載三臺有效載荷，用於測量太陽磁場，以及觀測太陽耀斑和日冕物質拋射。甘為群為此用了一個新的名詞「一磁兩暴」。
「三臺儀器分別是：萊曼阿爾法太陽望遠鏡，全日面矢量磁像儀，以及硬X射線成像儀。其中萊曼阿爾法太陽望遠鏡和硬X射線成像儀的觀測對象均在可見光波譜之外，這也不難理解，為了達到「一磁兩暴」的太陽探測目標，我們必須到空間，也就是大氣層之外去觀測。即便是工作在可見光波段的全日面矢量磁相儀，它在空間觀測是充分利用空間探測的其它好處，比如不受天氣影響、沒有大氣抖動、長時間連續觀測等，可以大幅度提高觀測的質量。太陽磁場在地面上觀測會受到大氣層抖動、觀測時間不連貫等因素影響，到空間也能保障觀測質量和連續性。」
——觀測太陽，越近越好嗎？
記者從甘為群處了解到，「ASO-S將工作在距離地表720公裡的地球極軌。這樣的軌道設計能夠滿足差不多一天24小時連續觀測太陽。這樣連續地觀測太陽，在地面是無法進行的。對於太陽觀測的優劣不能簡單以距離太陽遠近來衡量。美國曾在2018年發射了帕克太陽探測器，旨在近距離觀測太陽。它將在2025年最接近太陽，與太陽中心距離僅有9.86太陽半徑（690萬公裡或430萬英裡）。」
「大膽的帕克衛星跑到太陽附近去觀測，這確實是一個非常了不起的進步，因為它對技術，耐熱材料的挑戰是非常大的。太陽附近的熱就是個大問題。你可以想像，它在那麼近的距離直視太陽的後果，沒有哪個儀器可以在數千度的高溫下正常工作，帕克衛星上的探測器只能工作在擋板後面，測量太陽附近衛星經過地方的環境參數。因此，帕克衛星的科學目標與我們ASO-S的科學目標完全不同。」
「你可以想像它到太陽附近，那麼近地去看太陽。它實際上根本沒法直視太陽。它不能對著太陽看，否則儀器就要燒掉了，」甘為群介紹說。「帕克衛星的儀器工作溫度不可能那麼高，在1000多度以上工作。必須把太陽光擋住，然後測量衛星附近的太陽高能粒子。它不能直接看太陽，只能測量太陽附近的一些粒子等環境，所以帕克和我們的ASO-S設計不一樣。」
「衛星距離地球越遠，對於發射衛星的火箭和對衛星本身的要求就越高。火箭需要攜帶大量燃料限制了衛星有效載荷的重量，加上距離遠了之後數據傳輸也是一個大問題。像歐空局在2020年初發射的太陽軌道天文臺，同類型的X射線望遠鏡只能做到6公斤，而我們ASO-S上的硬X射線成像儀卻重達160公斤。」
「這是因為距離越遠，火箭燃料消耗也越高，從而對於載荷的重量也就是載荷的「威力」也有制約。我們的衛星距離地球距離近，我們能夠允許X射線成像儀的重量達到160公斤。同時，距離地球近，能夠保障數據傳輸的及時性。總體來說，距離遠有遠的好處，不能簡單地評價距離太陽越近，就能進行更有效的觀測，主要看科學目標。」
——天然的物理實驗室
儘管太陽距離地球平均達1.5億公裡，但一旦太陽「發威」，太陽耀斑和日冕物質拋射產生的磁雲會裹挾著大量帶電高能粒子，直奔地球而來。對地球環境，尤其是與現代生活息息相關的電磁環境造成嚴重破壞。
2003年萬聖節期間，太陽不甘寂寞充當了一次「搗蛋鬼」的角色，結結實實給地球搗了一次亂，使歐美的GOES、ACE、SOHO和WIND等一系列科學衛星都遭受了不同程度損害，導致全球衛星通訊受到幹擾，GPS全球定位系統受到影響，定位精度出現了偏差，致使地面和空間一些需要即時通訊和定位的交通系統遭到不同程度的癱瘓。這次太陽事件也被稱為「萬聖節風暴」。
鑑於這些情況，持續得對太陽活動進行監測是非常有必要的。據計算，一旦發生太陽耀斑、日冕物質拋射等爆發活動，科學家可以至少提前40個小時得到信息，及時預警，做出防護舉措，以避免人類生存環境受到破壞。
「我想藉此機會，回應一下大眾對科學往往首先提出『這個東西有什麼用』」，甘為群接著對記者說，「什麼叫科學？科學就是發現和研究自然規律，而太陽是體現物理規律的比較好的場所，被認為是一個天然的實驗室。因為太陽上發生的物理現象，在我們中學到大學的物理教科書和物理學前沿研究中都能找到應用。除了太陽內部物理過程，即便是我們看到的太陽表面，流體、磁流體、等離子體，全波段輻射，各種波動，各種結構，各種動力學過程，從高溫到低溫，從高密度到低密度，從強磁場到弱磁場，從小尺度到大尺度，從粒子加速和核反應過程……可謂應有盡有。這些物理現象在天文學的其它研究對象上進行詳細觀測是不可想像的。從這個角度而言，太陽具有特殊性、重要性，是一個天然的實驗室。太陽研究對人類生活的關聯，那也是不言而喻的，」他繼續補充道，「ASO-S是科學衛星，不是應用衛星，它首先關注的是科學問題」。
——空間天氣預報
「如果我們把「一磁兩暴」研究清楚了，那麼我們通過觀測磁場就可以提前預報什麼時候發生耀斑，什麼時候發生日冕物質拋射，就像地球上的天氣預報一樣。」
「ASO-S的使命就是觀測和研究「一磁兩暴」，但在搞清這個問題之前，它也可以通過監測日冕物質拋射在太陽上的爆發情況，預報對地球的可能影響，提前1-3天警示人類做好防護工作。當然這項工作要與空間天氣專門的研究和服務部門聯合起來做，ASO-S提供給他們必要的數據產品。」
——為什麼選擇2022？
「太陽活動具有11年的周期。為什麼選擇22年發射，因為下一個太陽活動周期差不多從2021年開始，2022年也處於開始階段，然後是上升期，預期在2024到2025年左右達到峰值。所以2022年發射正好能覆蓋從開始到上升期再到極大期，進行連續不斷的觀測。4年也是衛星工作時長界限。如果超過4年，衛星的研製費用就會變得非常高。當然，我們期望衛星在軌工作時間越長越好。」
「我們能夠無間斷記錄4年，這本身就是非常珍貴的。從科學的角度來講，你在同一時間段內得到1萬2千個事例和1200個事例做研究，應該說影響不是很大。」
——目前衛星研發情況
記者從甘為群處了解到，先進天基太陽天文臺在2017年年底順利正式批覆工程立項。目前衛星工程樣機已經研製完成，進度到工程飛行樣前期階段，即衛星已經從圖紙上的概念，想法，做成了產品。衛星初樣性能通過了所有試驗，包括環境模擬、高低溫試驗等，預計今年1月底前完成整機轉正樣即飛行樣機研製階段，今年年底完成飛行樣機研製，2022年上半年擇機發射。