超大质量双黑洞并合 3年后人类或将有幸“目睹”
超大质量双黑洞在演化最后阶段的并合，究竟会是一种怎样的结果，目前还存在争议。有的理论认为，两个黑洞会像两个人面对面贴近跳舞一样，虽然距离很近，但始终无法合二为一；有的理论则认为，当两个黑洞越靠越近，随着引力波辐射散失掉大量能量，最终会无限贴近直至并合。
安涛 中国科学院上海天文台研究员
当两个超大质量黑洞逐渐靠近，并最终并合后，会发生什么？这个此前无人能够确切回答的问题，或许将在未来3年内得到答案。
不久前，中国科学技术大学蒋凝博士领衔的国际研究团队发现了一个疑似将在未来3年内完成并合的超大质量双黑洞系统。如果这一发现得到证实，它将极有可能成为人类完整观测到的第一例超大质量双黑洞并合事件，为检验黑洞演化和引力波理论提供最佳研究对象。
近日，在这一发现的基础上，一个由中国科学院上海天文台研究员安涛牵头的研究团队利用甚长基线干涉测量技术对这个超大质量双黑洞系统进行了首次高分辨率成像观测，研究了其并合前的射电结构和辐射状态，对今后对比研究双黑洞并合前后的辐射和动力学特征提供了重要参考。
“看不见”的超大质量双黑洞并合
当一颗质量是太阳几倍甚至几十倍的恒星走到生命尽头时，往往会以黑洞的形式终结一生。而双黑洞，顾名思义，便是由两个因引力作用相互吸引、绕转的黑洞组成的系统。随着时间的推移，这两个黑洞会像陀螺一样，不断旋转着向彼此靠近，最终发生双黑洞并合事件，并释放出引力波。
按照质量划分，黑洞可以大致分为3类，即恒星级质量黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。就算是最小的恒星级质量黑洞，其质量也是太阳的数倍乃至数十倍。而超大质量黑洞，其质量则会在太阳的百万倍到百亿倍之间。根据现有的观测数据，科学家认为，大质量星系中心普遍存在着超大质量黑洞。比如不久前刚刚公布首张照片的银河系中心的超大质量黑洞Sgr A＊，其质量便达到了太阳的400万倍。安涛表示：“银河系在茫茫宇宙中并不算大，有的星系质量比银河系大几千倍甚至上万倍，因此这些星系中心的黑洞质量也会更大。”
超大质量黑洞是否也会发生双黑洞并合？答案是肯定的。在等级成团星系宇宙学演化框架下，两个星系之间的并合必然会产生超大质量双黑洞。安涛向科技日报记者介绍，超大质量双黑洞在演化最后阶段的并合，究竟会是一种怎样的结果，目前还存在争议。有的理论认为，两个黑洞会像两个人面对面贴近跳舞一样，虽然距离很近，但始终无法合二为一，此时二者之间的最小间距将达到约1秒差距（1秒差距约等于3.26光年）；还有的理论则认为，当两个黑洞越靠越近，随着引力波辐射散失掉大量能量，最终会无限贴近直至并合，此时二者之间的间距约为毫秒差距，即0.001倍光年。但无论如何，双黑洞并合时二者间“亲密无间”的距离，都让直接观测超大质量双黑洞并合成为难题。“当两个黑洞之间距离过近时，就远远超出了望远镜的分辨率极限，无法直接观测成像，甚至分不清楚是一个黑洞还是两个黑洞。”安涛向记者解释道。
另辟蹊径克服直接成像困难
虽然没有办法用望远镜对超大质量双黑洞并合直接进行成像观测，但这不代表科学家没有其他手段探查其奥秘。
通常人们看到的黑洞图像，黑洞周围往往存在着一圈发光物质，那是被黑洞吸引而来的气体、碎片等，天文学中称之为吸积盘。在稳定状态下的黑洞，其吸积盘通常也呈现出相对稳定的状态。但是一旦当两个超大质量黑洞逐渐开始旋转、靠近，并形成双黑洞系统时，其相互绕转会造成吸积盘及其周围气体云团的亮度发生变化。而这一变化便可被光学和X射线望远镜敏锐地察觉到。在此基础上，结合近年来飞速发展的时域天文学，天文学家便能够以时间为序列，对亮度变化的时间特征进行分析，得到所谓的光变曲线，从而对双黑洞的某些物理性质进行深入研究。
一个引力束缚的双黑洞系统，由于轨道绕转，其光变曲线会呈现周期性特征。这样的超大质量双黑洞候选体，天文学家已经发现了很多，但它们没有一个表现出临近并合的特征。但天文学家并没有因此放弃，在不久前，蒋凝领衔的国际研究团队在近邻宇宙中发现了一个奇特的活动星系核，它的光变曲线呈现出周期衰减的震荡，在过去3年里，这一周期从一年逐渐减小到3个月。不仅如此，其光变的振幅也在逐渐减小，再结合其他观测特征和模型拟合预测的结果，该团队认为，这极有可能是一个将在3年内完成并合的超大质量双黑洞系统。人类终于有可能第一次“目睹”到超大质量双黑洞并合过程。
为了证实这个史无前例的猜想，蒋凝领衔的研究团队以及国际上的多个团队正在开展后续的多波段观测，其中射电波段跟踪观测是重要的一部分。由于该候选体的射电辐射极其微弱，只有借助拥有极高分辨率和灵敏度的射电望远镜阵列才能对其进行进一步观测。
于是，在获知这一发现后，安涛及其团队立即使用甚长基线干涉测量技术对该候选体进行了观测研究。简单来讲，甚长基线干涉测量技术是将几台独立的射电望远镜，通过组合形成一个大型射电望远镜阵列。而这台组合而成的“巨大望远镜”，其分辨率会随着望远镜之间距离增大而逐渐提高，即望远镜之间相距越远，分辨率越高。据安涛介绍，一般而言，望远镜之间的距离过远，会导致彼此间的信号传输不稳定，给后期的信号合成造成困难。但甚长基线干涉测量技术能够将每个望远镜观测到的数据进行独立记录，并汇总到一个数据中心进行分析，后期再利用特殊手段将各个望远镜的数据对齐合成，使得望远镜即使分布于全球各大洲，也不必担心受到信号传输距离的影响。
对双黑洞系统的研究才刚刚开始
蒋凝及安涛团队的一系列研究只是一个起点。超大质量双黑洞并合会产生什么结果？没有人敢下定论。释放引力波当然是最有可能的结果之一。但是不同于质量较低的双黑洞并合所引发的引力波，超大质量双黑洞并合所产生的引力波频率不在地面引力波探测器——激光干涉引力波天文台的探测范围内。不过，科学家也并非毫无办法，对于百万倍太阳质量的超大质量双黑洞并合事件，其辐射的引力波频率在毫赫兹频段，我国的“天琴”“太极”和欧洲LISA项目等未来空间低频引力波探测器都可以对其进行探测。但对于几亿到几十亿倍太阳质量的超大质量双黑洞并合产生的引力波，其频率更低，往往在纳赫兹到微赫兹之间，只能通过脉冲星计时阵列进行探测。
在安涛看来，他们的研究才刚刚开始，“我们的第一轮观测主要是为以后的研究提供最初的基准和参照。”在接下来的几年内，研究团队将持续对这个双黑洞系统进行射电谱和甚长基线干涉测量技术成像观测，为跟踪超大质量双黑洞并合前最后时刻的活动性提供关键的观测信息，以及与并合后的射电观测相比较，以期能够完整了解超大质量双黑洞并合全过程。而蒋凝与安涛也都在得出相关结果后，不约而同地在第一时间将结果与国际天文界的同行们进行了分享，希望国际天文学家共同加入，来进一步研究和检验这个非同寻常的发现。安涛说：“这个候选体的发现和研究，对于进一步理解黑洞和星系演化非常重要，我们把结果分享出去，大家一起去努力探索，无论谁有了后续结果，都是人类探索宇宙未知的进步。”
来源：科技日报
超大质量双黑洞在演化最后阶段的并合，究竟会是一种怎样的结果，目前还存在争议。有的理论认为，两个黑洞会像两个人面对面贴近跳舞一样，虽然距离很近，但始终无法合二为一；有的理论则认为，当两个黑洞越靠越近，随着引力波辐射散失掉大量能量，最终会无限贴近直至并合。
安涛 中国科学院上海天文台研究员
当两个超大质量黑洞逐渐靠近，并最终并合后，会发生什么？这个此前无人能够确切回答的问题，或许将在未来3年内得到答案。
不久前，中国科学技术大学蒋凝博士领衔的国际研究团队发现了一个疑似将在未来3年内完成并合的超大质量双黑洞系统。如果这一发现得到证实，它将极有可能成为人类完整观测到的第一例超大质量双黑洞并合事件，为检验黑洞演化和引力波理论提供最佳研究对象。
近日，在这一发现的基础上，一个由中国科学院上海天文台研究员安涛牵头的研究团队利用甚长基线干涉测量技术对这个超大质量双黑洞系统进行了首次高分辨率成像观测，研究了其并合前的射电结构和辐射状态，对今后对比研究双黑洞并合前后的辐射和动力学特征提供了重要参考。
“看不见”的超大质量双黑洞并合
当一颗质量是太阳几倍甚至几十倍的恒星走到生命尽头时，往往会以黑洞的形式终结一生。而双黑洞，顾名思义，便是由两个因引力作用相互吸引、绕转的黑洞组成的系统。随着时间的推移，这两个黑洞会像陀螺一样，不断旋转着向彼此靠近，最终发生双黑洞并合事件，并释放出引力波。
按照质量划分，黑洞可以大致分为3类，即恒星级质量黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。就算是最小的恒星级质量黑洞，其质量也是太阳的数倍乃至数十倍。而超大质量黑洞，其质量则会在太阳的百万倍到百亿倍之间。根据现有的观测数据，科学家认为，大质量星系中心普遍存在着超大质量黑洞。比如不久前刚刚公布首张照片的银河系中心的超大质量黑洞Sgr A＊，其质量便达到了太阳的400万倍。安涛表示：“银河系在茫茫宇宙中并不算大，有的星系质量比银河系大几千倍甚至上万倍，因此这些星系中心的黑洞质量也会更大。”
超大质量黑洞是否也会发生双黑洞并合？答案是肯定的。在等级成团星系宇宙学演化框架下，两个星系之间的并合必然会产生超大质量双黑洞。安涛向科技日报记者介绍，超大质量双黑洞在演化最后阶段的并合，究竟会是一种怎样的结果，目前还存在争议。有的理论认为，两个黑洞会像两个人面对面贴近跳舞一样，虽然距离很近，但始终无法合二为一，此时二者之间的最小间距将达到约1秒差距（1秒差距约等于3.26光年）；还有的理论则认为，当两个黑洞越靠越近，随着引力波辐射散失掉大量能量，最终会无限贴近直至并合，此时二者之间的间距约为毫秒差距，即0.001倍光年。但无论如何，双黑洞并合时二者间“亲密无间”的距离，都让直接观测超大质量双黑洞并合成为难题。“当两个黑洞之间距离过近时，就远远超出了望远镜的分辨率极限，无法直接观测成像，甚至分不清楚是一个黑洞还是两个黑洞。”安涛向记者解释道。
另辟蹊径克服直接成像困难
虽然没有办法用望远镜对超大质量双黑洞并合直接进行成像观测，但这不代表科学家没有其他手段探查其奥秘。
通常人们看到的黑洞图像，黑洞周围往往存在着一圈发光物质，那是被黑洞吸引而来的气体、碎片等，天文学中称之为吸积盘。在稳定状态下的黑洞，其吸积盘通常也呈现出相对稳定的状态。但是一旦当两个超大质量黑洞逐渐开始旋转、靠近，并形成双黑洞系统时，其相互绕转会造成吸积盘及其周围气体云团的亮度发生变化。而这一变化便可被光学和X射线望远镜敏锐地察觉到。在此基础上，结合近年来飞速发展的时域天文学，天文学家便能够以时间为序列，对亮度变化的时间特征进行分析，得到所谓的光变曲线，从而对双黑洞的某些物理性质进行深入研究。
一个引力束缚的双黑洞系统，由于轨道绕转，其光变曲线会呈现周期性特征。这样的超大质量双黑洞候选体，天文学家已经发现了很多，但它们没有一个表现出临近并合的特征。但天文学家并没有因此放弃，在不久前，蒋凝领衔的国际研究团队在近邻宇宙中发现了一个奇特的活动星系核，它的光变曲线呈现出周期衰减的震荡，在过去3年里，这一周期从一年逐渐减小到3个月。不仅如此，其光变的振幅也在逐渐减小，再结合其他观测特征和模型拟合预测的结果，该团队认为，这极有可能是一个将在3年内完成并合的超大质量双黑洞系统。人类终于有可能第一次“目睹”到超大质量双黑洞并合过程。
为了证实这个史无前例的猜想，蒋凝领衔的研究团队以及国际上的多个团队正在开展后续的多波段观测，其中射电波段跟踪观测是重要的一部分。由于该候选体的射电辐射极其微弱，只有借助拥有极高分辨率和灵敏度的射电望远镜阵列才能对其进行进一步观测。
于是，在获知这一发现后，安涛及其团队立即使用甚长基线干涉测量技术对该候选体进行了观测研究。简单来讲，甚长基线干涉测量技术是将几台独立的射电望远镜，通过组合形成一个大型射电望远镜阵列。而这台组合而成的“巨大望远镜”，其分辨率会随着望远镜之间距离增大而逐渐提高，即望远镜之间相距越远，分辨率越高。据安涛介绍，一般而言，望远镜之间的距离过远，会导致彼此间的信号传输不稳定，给后期的信号合成造成困难。但甚长基线干涉测量技术能够将每个望远镜观测到的数据进行独立记录，并汇总到一个数据中心进行分析，后期再利用特殊手段将各个望远镜的数据对齐合成，使得望远镜即使分布于全球各大洲，也不必担心受到信号传输距离的影响。
对双黑洞系统的研究才刚刚开始
蒋凝及安涛团队的一系列研究只是一个起点。超大质量双黑洞并合会产生什么结果？没有人敢下定论。释放引力波当然是最有可能的结果之一。但是不同于质量较低的双黑洞并合所引发的引力波，超大质量双黑洞并合所产生的引力波频率不在地面引力波探测器——激光干涉引力波天文台的探测范围内。不过，科学家也并非毫无办法，对于百万倍太阳质量的超大质量双黑洞并合事件，其辐射的引力波频率在毫赫兹频段，我国的“天琴”“太极”和欧洲LISA项目等未来空间低频引力波探测器都可以对其进行探测。但对于几亿到几十亿倍太阳质量的超大质量双黑洞并合产生的引力波，其频率更低，往往在纳赫兹到微赫兹之间，只能通过脉冲星计时阵列进行探测。
在安涛看来，他们的研究才刚刚开始，“我们的第一轮观测主要是为以后的研究提供最初的基准和参照。”在接下来的几年内，研究团队将持续对这个双黑洞系统进行射电谱和甚长基线干涉测量技术成像观测，为跟踪超大质量双黑洞并合前最后时刻的活动性提供关键的观测信息，以及与并合后的射电观测相比较，以期能够完整了解超大质量双黑洞并合全过程。而蒋凝与安涛也都在得出相关结果后，不约而同地在第一时间将结果与国际天文界的同行们进行了分享，希望国际天文学家共同加入，来进一步研究和检验这个非同寻常的发现。安涛说：“这个候选体的发现和研究，对于进一步理解黑洞和星系演化非常重要，我们把结果分享出去，大家一起去努力探索，无论谁有了后续结果，都是人类探索宇宙未知的进步。”
来源：科技日报
#羲和号成功发射实现我国太阳探测零的突破#【我国太空探测步入探日时代！硬核科普“羲和号”】刚刚，我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在太原卫星发射中心成功发射！这颗卫星可不得了，实现了我国太阳探测零的突破，标志着我国太空探测正式步入“探日”时代！而且“羲和号”卫星一出手就不凡，在国际上首次实现太阳Hα波段光谱成像的空间探测，填补了太阳爆发源区高质量观测数据的空白，对我国空间科学探测及卫星技术发展都具有重要意义。
从嫦娥“探月”到天问“探火”，再到羲和“探日”，中国航天强国建设迈出坚实步伐。探测太阳有什么用？我国的太阳探测计划有哪些？“羲和号”卫星有哪些独特之处？记者第一时间采访了国家航天局相关专家。
为什么要探测太阳？
身处太阳系之中，人类无法不对太阳系的中心——给地球带来光明与能量的太阳产生好奇和探究。科学家表示，大约在46亿年前，太阳在距离银河系中心约2.6万光年处，由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成，太阳寿命大致为100亿年，目前正处于壮年期。太阳直径达139万公里，是地球的107倍，质量则是地球的33万倍，占整个太阳系总质量的99.87%，可以说是太阳系的绝对主宰。这是一颗时时刻刻发生氢、氦核聚变、发光发热的巨大恒星。
“太阳对地球演化和人类文明发展的作用不可或缺，同时，太阳对地球的影响也无所不在，主要体现在太阳爆发产生大量带电高能粒子，对地球电磁环境造成严重破坏，其中尤以太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射对地球电磁环境影响最为显著。”国家航天局对地观测与数据中心主任、高分辨率对地观测重大专项工程总设计师赵坚告诉记者，太阳活动周期约11年，2021年至2022年是人类有纪录以来第25个太阳活动周期的开始，全世界又进入太阳研究新的高峰期。
从世界范围来看，自上世纪60年代以来，随着航天技术的快速发展，全世界已发射了70多颗太阳观测卫星，主要集中在美国、俄罗斯、日本等发达国家，聚焦于太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射的观测研究。
记者专程请教了专家，有代表性的太阳探测器都有哪些。专家举了几个例子，比如2006年10月美国发射世界第一对孪生太阳观测卫星——日地关系观测平台，对太阳黑子爆发时进行了三维成像，帮助科学家们研究太阳周边环境以及太阳活动对整个太阳系造成的影响；2009年1月，俄罗斯发射了“科罗纳斯”太阳探测卫星，探测太阳内部结构及太阳活动对地球气候、大气层及生物圈的影响；2018年美国“帕克”太阳探测器发射升空，近距离对太阳结构进行探测，获得了相当的成果。
我国的太阳探测计划有哪些？
国际上太阳探测如火如荼，中国的太阳探测计划当然不能落后。“十三五”期间，国家航天局就组织中国航天科技集团、南京大学、中国科学院等单位研究制定了空间科学研究发展路线图，并且紧锣密鼓开始实施。
“探测和研究太阳活动，提出应对措施，能够降低或规避对地球的不利影响。我国作为航天大国，及时开展太阳探测活动十分必要。”赵坚透露，我国目前已经制定了两个太阳探测计划，分别是“羲和”和“夸父”探测计划，这是太阳探测的中国方案和中国贡献。羲和是中国上古神话中的太阳女神，是掌管时间和历法的太阳神，并以太阳母亲的形象为人们所认知。“羲和号”实现了我国太阳探测破冰之旅，“夸父”计划则是研制发射先进天基太阳天文台卫星，对太阳进行科学观测，已纳入中国科学院先导计划，计划于明年发射。
此外，我国正在论证后续太阳探测发展计划，科学家们希望按照在黄道面内多视角探测、大倾角太阳极区探测和太阳抵近观测“三步走”进行实施，进一步了解太阳的构造，确定太阳活动的三维结构，掌握其机理和活动规律，从而造福人类，趋利避害。
“羲和号”的创新之处在哪里？
专家介绍，此次发射的“羲和号”卫星全称是太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星，主要科学载荷为太阳空间望远镜。“羲和号”整星重量508公斤，设计寿命3年，运行于517公里高度、倾角98度的太阳同步轨道，该轨道将经过地球的南北极，能够24小时连续对太阳进行观测。
赵坚表示，“羲和”太阳探测计划紧紧围绕太阳探测热点问题，提出中国特色太阳探测模式，如在国际上首次实现空间太阳Hα波段的光谱成像探测；首次提出天文光谱测速导航新方法和新技术等，都具有重要意义。
什么是太阳Hα谱线？
专家解释，太阳Hα谱线是研究太阳活动在光球和色球响应时最好的谱线之一，通过对该谱线的数据分析，可获得太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化，研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。
“之前只能在地球上对Hα谱线进行探测，受大气干扰，探测数据不连续不稳定。现在通过‘羲和号’探测，对其进行高分辨率成像，46秒内就能获得全日面1600万个点上的光谱，在300余个波长点上同时获得色球和光球的二维图像，可以更加准确的获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化，进而建立太阳爆发从光球到日冕的完整物理模型。这对太阳底层大气和太阳爆发的观测具有重要意义。”赵坚介绍，“羲和号”卫星在轨开展的相关试验，是国际上第一次在太空进行Hα谱线研究，有望获得有国际影响力的科学产出，将显著提高我国在太阳物理领域的国际影响力。
据了解，当前国际太阳探测成为热点，我国在太阳观测领域发表论文数量已居世界第二位，但是使用的数据均来自于国外卫星数据。“‘羲和号’发射成功后，将打破这种被动局面，我国将成立卫星数据科学委员会，制定数据政策，供国内外科学家研究、使用、共享卫星探测数据，力争产生原创性科学成果，为人类科学事业做出中国贡献。”赵坚说。
国际首创的“双超”平台长啥样？
“羲和号”卫星的创新意义不仅仅体现在太阳探测方面，它采用国际首创的双超新技术卫星平台，实现了载荷在轨指向的超高精度和超高稳定度控制，比目前同等惯量的卫星平台提高了两个数量级，业内称之为“双超”平台，将推动我国高精度卫星平台技术革命性、跨越性发展。
据了解，随着我国航天产业的不断发展，对地观测、空间科学等各类航天任务对高性能卫星平台的需求越来越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高稳定度指标的卫星平台，是制约航天事业后续发展的关键“卡脖子”技术之一。
“传统卫星采用平台舱和载荷舱固连的设计方法，因此平台舱活动部件振动会不可避免地传递至载荷，造成观测质量下降。”程卫强介绍，在国家航天局的大力支持下，卫星研制团队在国际上首次采用了“动静隔离非接触”总体设计新方法，将平台舱与载荷舱物理隔离，并将飞轮、太阳帆板等微振动源集中于平台舱、太阳Hα光谱仪放置于载荷舱，采用磁浮控制技术和执行机构实现两者物理非接触隔离，不仅阻断了平台舱微振动的传递路径，同时解决了平台舱热变形对载荷舱影响，使载荷控制精度和稳定度提升两个数量级以上。“羲和号”发射成功，标志着我国自主研发的“超高指向精度”、“超高稳定性”双超卫星结构平台顺利进入应用阶段。
同时，“羲和号”卫星还将在轨验证无线能源传输、舱间无线通信、舱间激光通信、重复连接释放、舱间电缆脱落与收纳、原子鉴频太阳导航仪等多项新技术和新产品。
赵坚表示，“羲和号”高性能技术卫星平台在轨试验成功后，是世界上首次将磁悬浮技术在航天器上进行工程应用，将大幅提升我国空间观测技术水平。未来，“双超”平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中推广应用，推动我国空间科学领域、航天技术领域跨越式发展。（人民日报）
从嫦娥“探月”到天问“探火”，再到羲和“探日”，中国航天强国建设迈出坚实步伐。探测太阳有什么用？我国的太阳探测计划有哪些？“羲和号”卫星有哪些独特之处？记者第一时间采访了国家航天局相关专家。
为什么要探测太阳？
身处太阳系之中，人类无法不对太阳系的中心——给地球带来光明与能量的太阳产生好奇和探究。科学家表示，大约在46亿年前，太阳在距离银河系中心约2.6万光年处，由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成，太阳寿命大致为100亿年，目前正处于壮年期。太阳直径达139万公里，是地球的107倍，质量则是地球的33万倍，占整个太阳系总质量的99.87%，可以说是太阳系的绝对主宰。这是一颗时时刻刻发生氢、氦核聚变、发光发热的巨大恒星。
“太阳对地球演化和人类文明发展的作用不可或缺，同时，太阳对地球的影响也无所不在，主要体现在太阳爆发产生大量带电高能粒子，对地球电磁环境造成严重破坏，其中尤以太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射对地球电磁环境影响最为显著。”国家航天局对地观测与数据中心主任、高分辨率对地观测重大专项工程总设计师赵坚告诉记者，太阳活动周期约11年，2021年至2022年是人类有纪录以来第25个太阳活动周期的开始，全世界又进入太阳研究新的高峰期。
从世界范围来看，自上世纪60年代以来，随着航天技术的快速发展，全世界已发射了70多颗太阳观测卫星，主要集中在美国、俄罗斯、日本等发达国家，聚焦于太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射的观测研究。
记者专程请教了专家，有代表性的太阳探测器都有哪些。专家举了几个例子，比如2006年10月美国发射世界第一对孪生太阳观测卫星——日地关系观测平台，对太阳黑子爆发时进行了三维成像，帮助科学家们研究太阳周边环境以及太阳活动对整个太阳系造成的影响；2009年1月，俄罗斯发射了“科罗纳斯”太阳探测卫星，探测太阳内部结构及太阳活动对地球气候、大气层及生物圈的影响；2018年美国“帕克”太阳探测器发射升空，近距离对太阳结构进行探测，获得了相当的成果。
我国的太阳探测计划有哪些？
国际上太阳探测如火如荼，中国的太阳探测计划当然不能落后。“十三五”期间，国家航天局就组织中国航天科技集团、南京大学、中国科学院等单位研究制定了空间科学研究发展路线图，并且紧锣密鼓开始实施。
“探测和研究太阳活动，提出应对措施，能够降低或规避对地球的不利影响。我国作为航天大国，及时开展太阳探测活动十分必要。”赵坚透露，我国目前已经制定了两个太阳探测计划，分别是“羲和”和“夸父”探测计划，这是太阳探测的中国方案和中国贡献。羲和是中国上古神话中的太阳女神，是掌管时间和历法的太阳神，并以太阳母亲的形象为人们所认知。“羲和号”实现了我国太阳探测破冰之旅，“夸父”计划则是研制发射先进天基太阳天文台卫星，对太阳进行科学观测，已纳入中国科学院先导计划，计划于明年发射。
此外，我国正在论证后续太阳探测发展计划，科学家们希望按照在黄道面内多视角探测、大倾角太阳极区探测和太阳抵近观测“三步走”进行实施，进一步了解太阳的构造，确定太阳活动的三维结构，掌握其机理和活动规律，从而造福人类，趋利避害。
“羲和号”的创新之处在哪里？
专家介绍，此次发射的“羲和号”卫星全称是太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星，主要科学载荷为太阳空间望远镜。“羲和号”整星重量508公斤，设计寿命3年，运行于517公里高度、倾角98度的太阳同步轨道，该轨道将经过地球的南北极，能够24小时连续对太阳进行观测。
赵坚表示，“羲和”太阳探测计划紧紧围绕太阳探测热点问题，提出中国特色太阳探测模式，如在国际上首次实现空间太阳Hα波段的光谱成像探测；首次提出天文光谱测速导航新方法和新技术等，都具有重要意义。
什么是太阳Hα谱线？
专家解释，太阳Hα谱线是研究太阳活动在光球和色球响应时最好的谱线之一，通过对该谱线的数据分析，可获得太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化，研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。
“之前只能在地球上对Hα谱线进行探测，受大气干扰，探测数据不连续不稳定。现在通过‘羲和号’探测，对其进行高分辨率成像，46秒内就能获得全日面1600万个点上的光谱，在300余个波长点上同时获得色球和光球的二维图像，可以更加准确的获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化，进而建立太阳爆发从光球到日冕的完整物理模型。这对太阳底层大气和太阳爆发的观测具有重要意义。”赵坚介绍，“羲和号”卫星在轨开展的相关试验，是国际上第一次在太空进行Hα谱线研究，有望获得有国际影响力的科学产出，将显著提高我国在太阳物理领域的国际影响力。
据了解，当前国际太阳探测成为热点，我国在太阳观测领域发表论文数量已居世界第二位，但是使用的数据均来自于国外卫星数据。“‘羲和号’发射成功后，将打破这种被动局面，我国将成立卫星数据科学委员会，制定数据政策，供国内外科学家研究、使用、共享卫星探测数据，力争产生原创性科学成果，为人类科学事业做出中国贡献。”赵坚说。
国际首创的“双超”平台长啥样？
“羲和号”卫星的创新意义不仅仅体现在太阳探测方面，它采用国际首创的双超新技术卫星平台，实现了载荷在轨指向的超高精度和超高稳定度控制，比目前同等惯量的卫星平台提高了两个数量级，业内称之为“双超”平台，将推动我国高精度卫星平台技术革命性、跨越性发展。
据了解，随着我国航天产业的不断发展，对地观测、空间科学等各类航天任务对高性能卫星平台的需求越来越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高稳定度指标的卫星平台，是制约航天事业后续发展的关键“卡脖子”技术之一。
“传统卫星采用平台舱和载荷舱固连的设计方法，因此平台舱活动部件振动会不可避免地传递至载荷，造成观测质量下降。”程卫强介绍，在国家航天局的大力支持下，卫星研制团队在国际上首次采用了“动静隔离非接触”总体设计新方法，将平台舱与载荷舱物理隔离，并将飞轮、太阳帆板等微振动源集中于平台舱、太阳Hα光谱仪放置于载荷舱，采用磁浮控制技术和执行机构实现两者物理非接触隔离，不仅阻断了平台舱微振动的传递路径，同时解决了平台舱热变形对载荷舱影响，使载荷控制精度和稳定度提升两个数量级以上。“羲和号”发射成功，标志着我国自主研发的“超高指向精度”、“超高稳定性”双超卫星结构平台顺利进入应用阶段。
同时，“羲和号”卫星还将在轨验证无线能源传输、舱间无线通信、舱间激光通信、重复连接释放、舱间电缆脱落与收纳、原子鉴频太阳导航仪等多项新技术和新产品。
赵坚表示，“羲和号”高性能技术卫星平台在轨试验成功后，是世界上首次将磁悬浮技术在航天器上进行工程应用，将大幅提升我国空间观测技术水平。未来，“双超”平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中推广应用，推动我国空间科学领域、航天技术领域跨越式发展。（人民日报）
#海南周刊#【一群人的秘境寻踪之旅】#海南#的雨林深处藏着什么秘密？银河、溪流、蛙鸣、飞鸟……5月在新海南客户端开播的微纪录片《秘境寻踪》第一季中，摄制团队拨开雨林的云雾，用画面展示出一个神秘而广博的海南。摄影师、摄像师、剪辑师，《秘境寻踪》的摄制团队里没有新人，每个成员都具备相关专业技能和丰富的工作经验，然而，深入秘境，以不干涉的方式记录自然，于他们而言，仍然是一个前所未有的挑战。更多内容→https://t.cn/A6LbxnNi
✋热门推荐