来自太阳的威胁

(资料图)

2022年2月3日，SpaceX研制的49颗“星链”卫星发射升空。但不幸的是，在前方等待它们的却是极其严峻的考验——一场突如其来的磁暴。

当太阳喷发和抛射出来的物质，如太阳风和日冕物质抛射，在进入地球的磁场并与其相互作用时，磁暴就会发生，这会使得地球大气的温度和密度发生变化。根据卫星携带的GPS显示，此次磁暴的产生，导致大气阻力比发射之前要高出50%！骤增的阻力使卫星无法进入预定轨道，多达40颗卫星受到影响，最终将提前在大气层中燃烧殆尽。

这个事故再一次提醒我们：太阳爆发对现代科技会有重大影响。

太阳耀斑和日冕物质抛射等释放出的大量高能光子、粒子和磁化的等离子体会直奔地球而来。地球上的动植物之所以能不受这些粒子的直接影响，是因为受到了地球磁场的保护。但太阳爆发却会影响到我们的电网、卫星、通讯、导航，甚至是执行出舱任务的航天员等。

因此，我们需要监测太阳的动态，深入研究太阳爆发的机理并给出准确预报，从而提前采取应对措施，预防可能遭遇的灾害。

这正是我国第一颗综合性太阳观测专用卫星——先进天基太阳天文台（ASO-S）的光荣使命。

六边形战士

ASO-S的主要观测目标可以简称为“一磁两暴”，即太阳耀斑和日冕物质抛射以及产生它们的磁场结构。

ASO-S卫星配置了三台载荷用以观测太阳的一磁两暴，它们分别是：全日面矢量磁像仪（FMG）、莱曼阿尔法太阳望远镜（LST）和硬X射线成像仪（HXI）。

以空间天气监测预警为例，研究人员可以通过FMG的磁场数据分析太阳耀斑发生的概率；通过HXI的数据研究耀斑与日冕物质抛射的关系；通过LST对日冕物质抛射的观测预测其到达地球的时间和影响，以便相关部门及时采取应对措施。

更重要的是，ASO-S卫星将为国际太阳物理学研究不断提供关键数据——太阳矢量磁场、视向速度、白光和莱曼阿尔法全日面及内日冕图像、硬X射线流量、能谱和成像数据，因此也被研究人员称为“六边形战士”。

数据加工厂

ASO-S所产生的数据要经过大量的初级处理才能达到科学使用的标准。这就需要一个用户友好的“科学应用系统”，它是连接卫星数据和科学用户的桥梁。

科学应用系统就像一个繁忙的数据加工厂，由卫星科学团队把原始观测数据加工成高级的科学数据产品，供用户下载。其主要职能还包括根据科学用户需求并结合卫星和载荷状态制定合理的科学观测计划，开发科学数据生产软件和数据分析软件，为科学用户提供服务和支持等。同时，科学应用系统还将配合地面支撑系统完成卫星和载荷的在轨监测与运行管理，确保卫星能够安全、高效地进行科学观测。

科学应用系统作为卫星工程的重要组成之一，目前已建成卫星运控室、具有2048计算核心和6PB有效存储容量的数据中心，以及对应的数据库支持，各种数据生产、处理和分析所需要的软件和卫星网站的开发也已近尾声。经过卫星发射后在轨测试期的不断完善，这个数据工厂将日处理500 GB的原始数据。

科学应用系统的宗旨是“全心全意为用户服务”，将提供观测、生产和发布等一条龙服务，具体包括：

数据的及时发布与免费获取；

用户观测策略的制定和实现；

高级标定数据及分析说明书；

配套程序和高等级应用软件；

实时数据和快视产品的展示。

其中，原始数据标定包括协助扣除暗场、平场等，配套程序主要完成太阳像位置校准、X射线能谱和成像计算等，高等级应用软件可以提供如磁场外推等。

太阳是一个变幻莫测的大火球。在太阳表面，除了常见的黑子、针状体等活动，还有蓄势待发、随时可能挣脱太阳引力和磁场束缚的暗条和冕环等。

为了满足用户实时了解太阳动态的需求，ASO-S卫星网站提供的快视产品包括太阳磁图、日面和日冕图像、X射线流量、能谱和成像，还有反映太阳一个自转周演化的多种卡林顿图像。

卫星网站还为科学用户提供“太阳特征事件库”，主要包括太阳耀斑、日冕物质抛射、日珥爆发等三大最剧烈活动特征事件，及这些事件的基本参数，比如耀斑的级别、日冕物质抛射的角宽度、日珥爆发的速度等。它们在磁场演化、辐射机制、大气加热、粒子加速等方面具有重要的研究价值。

改变格局

自上世纪60年代以来，人类已经发射了70多颗与太阳探测相关的卫星，而中国在太阳探测卫星方面长期缺席。

随着综合国力的不断增强和国家对空间科学的重视，我国太阳空间观测的发展迎来机遇期，起步晚，但发展快。2021年7月5日，“风云三号E星”气象卫星发射升空，首次搭载了X-EUV太阳成像仪；2021年10月14日，“羲和号”（CHASE）成功发射，成为国内首颗太阳探测科学技术实验卫星；计划于2022年10月发射的ASO-S卫星将成为我国首颗综合性太阳观测专用卫星。