□ 艾國祥 王華寧

高科技時代的基本特征是政治、經(jīng)濟、軍事、科技、教育等各方面都需要依靠高技術(shù)系統(tǒng)支撐。人類的發(fā)展和社會進步已經(jīng)進入陸、海、空、天和電磁的五維領(lǐng)域。太陽電磁風(fēng)暴是電磁領(lǐng)域的巨大災(zāi)害源，成為高科技時代面臨的重大環(huán)境和災(zāi)害問題。一旦癱瘓了高技術(shù)系統(tǒng)，會給國家的經(jīng)濟和社會安全帶來巨大災(zāi)害。

隨著人類社會對高技術(shù)系統(tǒng)的依賴程度不斷提高，太陽電磁風(fēng)暴災(zāi)害的危害程度也愈來愈強。正因為如此，2010年發(fā)布的《美國國家空間政策》中把提高天基地球和太陽觀測能力作為六個國策目標之一。該目標明確提出：提高天基地球和太陽觀測能力旨在促進科學(xué)研究、進行日地空間天氣預(yù)報、監(jiān)測全球氣候變化、支撐災(zāi)害響應(yīng)和恢復(fù)。事實上，自從人類進入太空時代以來，美國NASA從來就沒有放松過太陽探測。在所有的空間科學(xué)探測項目中，空間太陽探測份額約占18%。

太陽觀測與研究現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，自上世紀50年代末第一顆人造衛(wèi)星上天，至今短短幾十年間，世界主要空間大國共發(fā)射和搭載百余顆太陽觀測衛(wèi)星, 開創(chuàng)了太陽物理研究的新時代。近年來，發(fā)達國家已把深空太陽觀測作為重要的發(fā)展方向，成功地獲得大量優(yōu)質(zhì)的太陽觀測資料。由于磁場在太陽活動中所起的重要作用，磁場觀測已經(jīng)成為空間太陽觀測的主題。太陽磁場測量技術(shù)的復(fù)雜性使之成為當代具有挑戰(zhàn)性的高技術(shù)。

尤利西斯探測器是美國宇航局與歐洲航天局聯(lián)合研制的一顆太陽極區(qū)和行星際環(huán)境探測器，以希臘神話中智勇雙全的奧德塞的拉丁文名字命名。

1990年10月6日，尤利西斯從美國“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機艙內(nèi)推出之后，用它自身的三級火箭加速，從繞地軌道背向太陽而去。經(jīng)16個月的航行，于1992年2月到達木星，利用木星巨大的引力進入日球?qū)觾A斜軌道?？偤匠虨?0億公里，歷時5年。

太陽日球天文臺是由ESA和NASA合作計劃STSP的一個組成部分，于1995年12月2日發(fā)射，是一顆定位在拉格朗日點L1上的太陽同步衛(wèi)星，其上裝有12種觀測儀器，構(gòu)成對太陽和日球的全方位探測。現(xiàn)仍在軌運行正常，遠大于原先預(yù)期的兩年壽命。

日地關(guān)系天文臺是美國宇航局研制的兩顆太陽和日地關(guān)系探測衛(wèi)星，于2006年10月25日從美國佛羅里達卡納維爾角空軍基地發(fā)射。通過適當?shù)能壍勒{(diào)整，兩顆衛(wèi)星分別位于地球的前方和后方，并對太陽張開較大的角度，對太陽進行立體觀測。

太陽探針是美國宇航局執(zhí)行中的深空太陽探測計劃。該計劃擬定于2015年5月發(fā)射一個太陽探測器經(jīng)過多次橢圓轉(zhuǎn)移軌道，大約在2021年10月實現(xiàn)最接近太陽探測，離太陽最近的距離大約只有9.5個太陽半徑。太陽探測載荷包括成像觀測裝置和局地采樣分析裝置。

我國具有國際影響力的太陽磁場望遠鏡等地基太陽設(shè)備，在近二十幾年來發(fā)揮了重要作用。由此形成了在國際上具有競爭力的研究隊伍。1998-2009年國家天文臺太陽物理研究論文數(shù)量世界排名第一，論文引用世界排名第七。

時至今日，作為空間技術(shù)大國，我國尚沒有發(fā)射過一顆太陽觀測專用衛(wèi)星，在太陽空間探測方面甚至落后于印度。進入21世紀，國際深空太陽探測已經(jīng)成為熱點，而我國太陽成像觀測地球衛(wèi)星和深空太陽探測飛船依然是空白。這種現(xiàn)狀將導(dǎo)致我國原本擁有的優(yōu)勢迅速丟失。

SOLAR-B太陽探測器

日本觀測到的X3級耀斑

深空太陽探測的優(yōu)勢

太陽電磁風(fēng)暴是太陽大氣中的電磁過程。與電磁過程相關(guān)的物理量都屬于探測要素：如溫度、密度、速度、磁場強度、輻射流量、化學(xué)成份等。

由于電磁輻射的特性，在地面乃至地球鄰近空間觀測太陽都有一定局限性。由于地球大氣的干擾，即便是地面可以觀測的波段，其效果也比天基觀測遜色。

地球衛(wèi)星觀測是人類從地基觀測走向太空觀測的第一步，帶來了太陽觀測研究的突破性進展。由于擺脫地球大氣和地球自轉(zhuǎn)的影響，地球衛(wèi)星觀測具備了全部電磁波段覆蓋、成像質(zhì)量大幅度提高、單衛(wèi)星不間斷觀測等優(yōu)點。

太陽深空探測是指用行星際飛船對太陽進行探測，是當代太陽空間探測的前沿?zé)狳c。由于進入廣闊的行星際空間，可以利用的手段更多。深空觀測除了地球衛(wèi)星觀測的全部優(yōu)點之外，還具備如下優(yōu)點：

第一拉格朗日點是理想的深空太陽觀測位置，在此觀測不受地球遮擋，可連續(xù)獲得實時數(shù)據(jù)；可提前0.5-1小時探測太陽風(fēng)擾動和各種粒子，特別適應(yīng)太陽風(fēng)暴探測和預(yù)警；不受地球輻射帶影響；由于在日地連線的垂直方向運動，大幅度減小多普勒偏離對磁場和光譜測量的影響，大大簡化調(diào)譜線操作，提高測量精度；衛(wèi)星處于日地引力平衡位置，容易實現(xiàn)儀器指向穩(wěn)定；大大減少數(shù)據(jù)接受地面站數(shù)目等。

在第三拉格朗日點可以對太陽背向地球方向進行觀測，提前看到太陽背面的活動區(qū), 特別有利于太陽電磁風(fēng)暴的中短期預(yù)報。

如果利用木星引力做跳板把探測器送入對黃道面傾斜的軌道，可以對太陽極區(qū)進行觀測，有利于太陽電磁風(fēng)暴的機理探測。在遠離地球的深空，可以大范圍觀測地球空間對太陽風(fēng)暴的響應(yīng)。

啟示與建議

我們極大期待我國深空探測的技術(shù)和能力推進到一個新的階段，在中國實現(xiàn)太陽、行星探測“零”的突破，以滿足太陽物理研究和太陽風(fēng)暴預(yù)報和警報的重大需求，在我國社會和經(jīng)濟安全保障中發(fā)揮重要作用。

建議我國首先研發(fā)第一拉格朗日點太陽探測衛(wèi)星，診斷太陽磁場的內(nèi)稟性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和演化，揭示太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射中能量存儲、積累和釋放的物理本質(zhì)，為太陽風(fēng)暴預(yù)報提供重要的物理依據(jù)和方法。隨后開展其它深空太陽探測活動，通過設(shè)計行星際飛船深空飛行軌道和載荷，實現(xiàn)太陽風(fēng)暴的時空序列探測，太陽爆發(fā)立體監(jiān)測等。