我們為什么要探日

逐日追風，人類自古有之。

身處太陽系之中，人類無法不對太陽系的中心——給地球帶來光明與能量的太陽產生好奇和探究欲。

認識與人類關系最密切的恒星太陽“發威”后果很嚴重

大約46億年前，在距離銀河系中心約2.6萬光年之處的螺旋臂上，一團分子云開始在自身的引力作用下坍縮，并逐漸形成了今天我們所熟悉的太陽。

太陽直徑約139萬千米，質量是地球的33萬倍。從古至今，太陽引發了人類太多的思考，我們對這顆耀眼的恒星充滿了好奇。

不過，人們最為關心的問題總是繞不開太陽對地球造成的影響。盡管太陽與地球平均距離達1.5億千米，但一旦太陽“發威”，就會給地球帶來不可估量的后果。

2003年10月31日，太陽爆發了一次強磁暴，使歐美的一系列科學衛星都遭受了不同程度的損害，導致全球衛星通信受到干擾，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信和定位的交通系統出現不同程度的癱瘓。

究其原因，就是太陽發射出大量帶電高能粒子，對地球電磁環境造成嚴重破壞，其中尤以太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射對地球電磁環境影響最為顯著。

太陽黑子存在于太陽光球表面，是磁場的聚集之處，借助現代科技，科學家觀測到太陽黑子的數量和位置每隔11年就會出現周期性的變化。

太陽耀斑則是一種強烈的輻射爆炸，是太陽系中最激烈的局地爆炸事件，它所輻射出的光的波長橫跨整個電磁波譜。一個中等強度的耀斑，可發射出從伽馬射線到無線電波段的強大輻射，總能量相當于10億～100億個原子彈爆炸。

日冕物質拋射則是太陽系中規模最大、對地球的影響最為嚴重的爆發現象，一次爆發能把1億～10億噸物質拋射到行星際空間。

太陽的爆發性活動不會像地震、暴雨那樣給人類帶來直接的、巨大的災難，但由于人類進入太空時代已經半個多世紀，對各種衛星以及導航、通信等高科技系統的依賴性越來越強，而衛星與高科技系統恰恰會受到太陽活動的直接影響。一旦太陽“發威”，會嚴重影響航天、導航、定位、通信等高科技系統。因此，對太陽的觀測研究具有重要科學意義和實際應用價值。

據計算，太陽一旦發生日冕物質拋射等爆發活動，科學家可以在它影響地球前40個小時以內得到信息，從而及時做出防護，避免可能的破壞。

觀測手段不斷進步從肉眼到望遠鏡再到空間探測器

人類對太陽的觀測由來已久，廣義的觀測最早可追溯到上古時代。我國早在漢成帝河平元年（公元前28年）就有了肉眼觀測太陽黑子的記錄。

對太陽進行系統觀測則始于1610年，即伽利略發明天文望遠鏡后的第二年，人類開始用望遠鏡觀測和記錄太陽黑子，開啟了科學觀測太陽的時代。

經過400多年的發展，尤其自20世紀50年代末進入太空時代以來，通過地基太陽望遠鏡和天基太陽探測器的聯合觀測，人類對太陽有了全新認識。

太陽的內部結構可分為核心區、輻射層和對流層，太陽的大氣層次可分為光球層、色球層、過渡區和日冕層。我們也在一定程度上理解了太陽活動的周期性、產生太陽磁場的發電機理論、太陽磁場和太陽爆發的內在聯系等。

從世界范圍來看，自20世紀60年代以來，隨著航天技術的快速發展，全世界已發射了70多顆太陽觀測衛星，主要集中在美國、俄羅斯、日本等國，聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射的觀測研究。

例如，1990年發射、首次實現太陽極軌探測的尤利西斯號探測器；2018年發射、首次對太陽進行最近距離抵近探測的帕克太陽探測器；2020年發射、計劃首次獲取太陽極區圖像并近距離探測太陽風等離子體、高能粒子的太陽軌道飛行器等。

隨著科學技術的發展，太陽觀測衛星的水平越來越高，而且越來越靠近太陽。例如，帕克太陽探測器到太陽表面最近距離只有太陽半徑的8.86倍，比水星到太陽的距離還要近。

國際上太陽探測如火如荼，中國的太陽探測計劃當然也不能落后。“十三五”期間，國家航天局就組織中國航天科技集團、南京大學、中國科學院等單位研究制定了空間科學研究發展路線圖，并且緊鑼密鼓地開始實施。

帕克太陽探測器

我國目前已經制定了兩個太陽探測計劃，分別是“羲和”和“夸父”探測計劃，這是太陽探測的中國方案和中國貢獻。羲和是中國上古神話中的太陽女神，是掌管時間和歷法的太陽神，并以太陽母親的形象為人們所認知。夸父源自《山海經》，夸父追日，最后化身為夸父山的傳說廣為人們所熟知。羲和號實現了我國太陽探測的破冰之旅，“夸父”探測計劃已納入中國科學院先導計劃。

此外，我國正在論證后續太陽探測發展計劃，科學家們希望按照在黃道面（地球繞太陽公轉的軌道平面）內多視角探測、大傾角太陽極區探測和太陽抵近觀測“三步走”實施，進一步了解太陽的構造，確定太陽活動的三維結構，掌握其機理和活動規律，從而造福人類，趨利避害。

全方位立體探測太陽中國科研團隊提出大膽設想

“如果想對太陽進行全方位探測，還需要部署立體探測體系。”中國科學院院士、中國空間技術研究院研究員楊孟飛提出一個大膽設想——全方位立體探測太陽。

人類發射空間探測器探測太陽已有60多年，隨著航天技術和載荷的發展，各國的太陽探測已經從日地連線為主的探測升級為太陽抵近或雙視角等多種探測方式。通俗點理解，就好比逐步實現了給太陽“拍”近景和用雙鏡頭“拍”太陽等目標，但迄今未實施對太陽的全方位立體探測。

何為立體？根據立體探測系統方案，我國將在黃道面和極軌的5個點上分別部署探測器，對太陽實現“環抱”觀測。尤其是極區探測器，需要5年的時間才能飛行到位。這給航天器控制、數據傳輸等方面都帶來極大的挑戰。

“羲和”探測計劃日地空間探測概念示意圖

根據設想，我國將在2035年前后，通過兩次發射任務（分別為一箭三星、一箭兩星）構建起環繞黃道面和太陽極區的全方位立體探測體系，實現立體探測。在設想提出前，團隊對現有技術實力、實現路徑、具體方案等進行了充分論證。

立體探測的每組探測器質量大約為3 500千克，有效載荷400～600千克。利用多天體借力技術、高效推進艙和電推進技術等航天技術，中國有能力實現探測器的超遠飛行和準確入軌。預計發射后3年，太陽立體探測系統將具備太陽中低緯度區域全覆蓋和連續觀測能力，發射后5年具備太陽全方位立體探測能力。

“太陽立體探測項目將是融合空間科學、空間技術、空間應用的系統工程。”楊孟飛說。它的建立將促進太陽物理科學研究、空間天氣預報應用和航天技術等學科的交叉與融合，解決太陽物理前沿科學問題，提高太陽活動和空間天氣預報能力，推動我國太陽空間探測領域實現跨越式發展。