中国太阳探测“夸父”发射:夸父逐日,我们从未停歇
发布时间:2022-10-30
出品:科普中国
作者:王铮
监制:中国科普博览

  2022年10月9日7时43分,我国在酒泉卫星发射中心采用长征二号丁型运载火箭,成功将“夸父一号”发射升空,且卫星顺利进入预定轨道。

  我们国家已经多次用具有中国古代文化内涵的名称给航天计划命名。2022年7月,卫星工程部门就这颗卫星向全国征名,共搜集到25000多份提名,其中三分之一都建议命名为“夸父”,最后选择使用“夸父一号”作为卫星的名称。

   

  “夸父一号”卫星的外观

  (图片来源:夸父一号官网)

  “夸父”这个名字一方面代表了一段“追逐太阳”的神话故事,但另一方面,这个名字却有着一段带有遗憾与传承的故事。也许,在确定“夸父”这个名字时,科学家们心中也会有一些感慨。

“夸父逐日”与探索精神

  神话中的远古时候,有一群力大无穷的巨人,他们的首领叫做“夸父”。有一年的天气非常热,火辣辣的太阳直射在大地上,烤死庄稼,晒焦树木,河流干枯。酷热让人难以忍受,夸父族的人纷纷死去。看着痛苦不堪的族人,夸父决心捉住太阳,让大家的生活回归正轨。

  夸父追逐太阳,一路追赶到太阳落下的地方。跑了这么久又累又被太阳烤,他感到口渴想要喝水,喝干了黄河、渭河的水,但这两条河的水还不够他止渴,于是他又出发去喝北方的大湖水,但夸父还没有到达大湖,就在半路渴死了。他死后,手中的手杖遗弃下来,化作了桃林,这片桃林终年茂盛,为往来的过客遮荫,结出的鲜桃,为勤劳的人们解渴。

  这段故事的原文是《山海经 海外北经》:“夸父与日逐走,入日。渴欲得饮,饮于河渭,河渭不足,北饮大泽。未至,道渴而死。弃其杖,化为邓林。”

  此外还有其他描述,如《山海经 大荒北经》:“大荒之中,有山名曰成都载天。有人珥两黄蛇,把两黄蛇,名曰夸父。后土生信,信生夸父。夸父不量力,欲追日景,逮之于禺谷。将饮河而不足也,将走大泽,未至,死于此。应龙已杀蚩尤,又杀夸父,乃去南方处之,故南方多雨。”讲到了夸父的出身,是“后土”生“信”,“信”生“夸父”,夸父是不自量力,追太阳,但被应龙所杀,这个小故事是古人把南方多雨的自然现象用神话传说解释。

  一方面,神话故事是古人解释无法理解的现象而编撰的,体现了中国古人对未知自然好奇和思索的精神,与我们探索太阳的科学研究理想、人类求知的欲望不谋而合;另一方面,“夸父”这一追逐太阳的形象,反映了古代人民探索大自然的强烈愿望和顽强意志。那么,人类观测、探索太阳的航天器,采用这个名字,是很有文化内涵的。

  夸父逐日,无论是远古还是现代,我们探索太阳的脚步从未停歇。”“夸父一号”卫星首席科学家、中国科学院紫金山天文台甘为群研究员在接受《中国科学报》采访时如是说

   

  “夸父一号”卫星首席科学家

  中国科学院紫金山天文台的甘为群研究员

  (图片来源:中国科学院紫金山天文台官网)

曾经的夸父卫星计划

  然而,“夸父”这个名字用于观测、探索太阳的航天器,并非2022年才有的想法。

  2003年1月,在国家自然科学基金委员会地学部关于推动空间天气研究座谈会上,北京大学涂传诒院士在同肖佐、张永维总师和中国科学院魏奉思教授讨论的基础上提出了夸父计划”(Kuafu Mission)的科学思想和基本概念。2004年,国家自然科学基金委员会决定以重点项目形式支持夸父计划的预研。

   

  北京大学涂传诒院士

  (图片来源:北京大学官网)

  这项计划又称空间风暴、极光和空间天气探测计划,由三颗卫星组成,可以全天候的监测太阳活动的发生及其伴生现象、太阳活动导致的地球近地空间环境的变化以及地球极光分布等。

  三颗卫星怎么实现“逐日”的目标呢?“夸父A”卫星计划飞行与地球和太阳之间的引力平衡点(拉格朗日L1点)上,这样它可以跟随地球的公转,一直停留在地球和太阳之间,不但可以24小时对太阳“拍照”,假如太阳爆发出现高速太阳风、日冕物质抛射等现象,太阳喷出的物质在抵达地球之前会先经过“夸父A”卫星,这颗卫星就能探测并对地球发出预警。“夸父B1”、“夸父B2”卫星则是一对沿极区轨道共轭飞行的卫星,保证它们大多数时候总是一颗在观测北极、一颗在观测南极,除了监测极区上空的太空环境,也能实时对地球的极光拍照,因为极区的现象通常是由太阳活动驱动的。如此,三颗卫星就从多个方面监测了太阳活动及其对地球的影响。

   

  夸父计划三颗卫星位置的示意图

  (图片来源:海南日报)

  太阳活动大致以11年为周期,涂传诒院士建议这三颗卫星在太阳活动高年发射,夸父计划提出的2003-2004年就是太阳高年,下一次大概在2012-2014年期间。这项计划发布时引起了国际上的巨大关注,吸引了多位国际著名空间科学家参加。但是,这项计划由于要发射卫星到拉格朗日L1点,难度巨大,估算的经费十分夸张,航天技术难题也确实难以克服,后来一再搁浅。并且,这是一项国际合作计划,在研究准备时期,欧空局多次遇到资金问题,无法正常参与,故而夸父计划长期处于“暂缓执行”状态。

  2008年,笔者在涂传诒院士的课堂上,听到他的感慨——“我年纪大了,这次太阳活动高年如果不能发射夸父卫星,我就看不到了。”

“夸父一号”卫星(ASO-S)的继承与发扬

  在“夸父一号”卫星(ASO-S)的官网上写着:“不建议使用中文昵称的音译(Kuafu-1)(中文可以使用夸父一号),以避免与之前项目发生混淆。”

  这颗卫星在立项和开发时的名称是“先进天基太阳天文台”,英文“Advanced Space-based Solar Observatory”,简称ASO-S,而并非刚才我们介绍的夸父计划曾经使用过的“Kuafu”。

  据悉,我国打造太阳观测卫星的想法最早可以追溯到20世纪70年代,而直到2017年底,“先进天基太阳天文台”才获得中国科学院批复正式工程立项。

  这颗卫星科学目标可以简称为“一磁两暴”——“一磁”就是太阳磁场,太阳和地球一样有磁场,甚至比地球的磁场更强,太阳上的日珥、黑子等等都与它的磁场有关;“两暴”则是指太阳上两类最剧烈的爆发现象,分别是太阳耀斑和日冕物质抛射,耀斑是太阳上耀眼的光斑,而“日冕物质抛射”指的是太阳爆发时把自己外层名为“日冕”的圈层中的物质大量喷出到太空当中。

   

  171 17.1nm)辐射成像下的太阳,能看到耀斑和日冕物质抛射

  (图片来源:美国太阳动力学天文台SDO)

  想要监测“一磁两暴”,“夸父一号”搭载了磁象仪探测太阳磁场,以及“莱曼阿尔法”(Ly )、硬X射线这两种太阳辐射的拍照成像,从照片中监测太阳耀斑和日冕物质。因此,这颗卫星对太阳的研究是多方面一体的,即观测和研究太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射的起源及三者之间可能存在的因果关系。

  “夸父一号”将详细记录第25个太阳活动周的太阳风暴根据估计卫星定标等完成后,每天将产生大约500GB的探测数据,卫星全部科学数据和分析软件将面向全球用户开放共享。届时,围绕这颗卫星观测数据的研究和应用将成为国际热点,科学家在研究太阳自然现象所包含的物理规律的同时,也将有机会及时预报太阳爆发对人类活动的影响。

   

  “夸父一号”卫星的载荷以及功能

  (图片来源:潇湘晨报)

结语

  “夸父”之名的接力,不仅仅是梦想的传承,更是精神的传承,正是这种不懈探索的精神,推动着一代又一代人不倦地求解未知的领域。

  编辑:孙晨宇

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