先进天基太阳天文台

中国首颗综合性太阳探测专用卫星

先进天基太阳天文台

先进天基太阳天文台(英文名:Advanced Space-based Solar Observatory;简称:ASO-S),又名“夸父一号”,是中国太阳物理界于2011年自主提出的一个太阳空间探测卫星,是中国第一颗综合性太阳探测专用卫星。[0][1][3]其质量为888kg,[5]该卫星设计寿命4年,运行在约720km的太阳同步晨昏轨道。[6]2011年,中国太阳物理界提出一个太阳空间探测卫星计划方案,即研制先进天基太阳天文台。[3]2016年5月3日通过该项目的背景型号结题验收评审,[7]同年11月,先进天基太阳天文台的科学目标以及初步技术指标与使用要求通过评审。[8][9]次年6月16日,经会议评审委员会的质询和讨论,工程正式立项。[10]2019年4月,评审委员会同意通过方案阶段研制总结暨初样设计评审。[11]2021年9月,先进天基太阳天文台卫星转入正样研制阶段。[12]次年,先进天基太阳天文台被命名为“夸父一号”。[13]同年8月,先进天基太阳天文台卫星工程科学应用系统通过预验收。[14]2022年10月9日,先进天基太阳天文台在酒泉卫星发射中心搭载长征二号丁型运载火箭,顺利进入预定轨道。[15]

先进天基太阳天文台(英文名:Advanced Space-based Solar Observatory;简称:ASO-S),又名“夸父一号”,是中国太阳物理界于2011年自主提出的一个太阳空间探测卫星,是中国第一颗综合性太阳探测专用卫星。[1][2][4]其质量为888kg,[6]该卫星设计寿命4年,运行在约720km的太阳同步晨昏轨道。[7]

2011年,中国太阳物理界提出一个太阳空间探测卫星计划方案,即研制先进天基太阳天文台。[4]2016年5月3日通过该项目的背景型号结题验收评审,[8]同年11月,先进天基太阳天文台的科学目标以及初步技术指标与使用要求通过评审。[9][10]次年6月16日,经会议评审委员会[注1]质询和讨论,工程正式立项。[11]2019年4月,评审委员会[注2]同意通过方案阶段研制总结暨初样设计评审。[12]2021年9月,先进天基太阳天文台卫星转入正样研制阶段。[13]次年,先进天基太阳天文台被命名为“夸父一号”。[14]同年8月,先进天基太阳天文台卫星工程科学应用系统通过预验收。[15]2022年10月9日,先进天基太阳天文台在酒泉卫星发射中心搭载长征二号丁型运载火箭,顺利进入预定轨道。[16]

先进天基太阳天文台卫星总体上可以分成卫星平台和有效载荷两部分。卫星平台主要由结构、热控、电源、测控、数传等分系统组成,[4]此外,它配置了全日面矢量磁像仪(FMG)、莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)和太阳硬X射线成像仪(HXI)。[5]卫星的科学目标是瞄准“一磁两暴”,即太阳磁场太阳耀斑日冕物质抛射[17]

先进天基太阳天文台作为中国第一颗综合性太阳探测专用卫星,其特点颇多,例如它是国际上首次以“一磁两暴”作为卫星的科学目标并配置相应的载荷组合,也是国际上首次在一颗卫星平台上对日面形成和近日冕传播同时进行观测,还是国际上首次在莱曼阿尔法波段实现全日面和近日冕同时观测等。[4]截至2023年10月9日,先进天基太阳天文台卫星已平稳在轨运行365天,累计绕地飞行5294轨,提交各类观测计划超过500个,共计观测原始数据约120TB,生产高级数据产品超过100TB。[18]截至2023年12月底,已有120余例白光耀斑被白光太阳望远镜(WST)观测到,这为探讨白光耀斑的物理本质提供了样本。[19][20]2024年3月,研究团队利用先进天基太阳天文台的白光太阳望远镜观测数据,捕捉到耀斑环上的连续谱辐射。[20]

概述

先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory,简称ASO-S)是中国太阳物理界于2011年自主提出的一个太阳空间探测卫星。该天文台的科学目标简称为“一磁两暴”,“一磁”即太阳磁场,“两暴”即指太阳上两类最剧烈的爆发现象—太阳耀斑日冕物质抛射,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。为此,先进天基太阳天文台上共安排三个主要载荷:全日面矢量磁像仪(Full-disc vector MagnetoGraph,简称FMG)用来观测太阳光球矢量磁场;硬X射线成像仪(Hard X-ray Imager,简称HXI)用来观测太阳耀斑非热物理过程;莱曼阿尔法太阳望远镜(Lyman-alpha Solar Telescope,简称LST)主要用来观测日冕物质抛射的形成和早期演化。[1][21]

先进天基太阳天文台模型
先进天基太阳天文台模型

先进天基太阳天文台在中国科学院空间科学先导专项的支持下。经过近5年的工程研制,其于2022年10月9日北京时间07:43:55发射升空,开启了中国综合性太阳空间观测的时代。卫星将运行在轨道高度为720km的太阳同步晨昏轨道,周期99分钟,设计寿命不低于四年。[1]

背景

大约46亿年前,一团分子云开始在自身的引力作用下tān缩,逐渐形成了太阳。其中太阳爆发活动[注3]喷射的物质和能量到达近地空间后,可能引起地球磁层电离层、中高层大气等地球空间环境强烈扰动,进而影响人类活动。为此,科学家建造或发射了各种探测器去观测太阳[4]20世纪60年代以来,世界空间大国先后发射70多颗太阳探测卫星,但中国在该方面一直缺席。[22]

中国空间太阳探测的尝试最早可以追溯到20世纪70年代中期,当时由紫金山天文台牵头提出并实施中国“天文一号”卫星计划。20世纪90年代早期,载人航天工程起步,利用实验飞船搭载空间天文仪器的计划于1994年获得批准,紫金山天文台和高能物理所花费近7年时间研制的3台高能辐射谱仪于2001年1月10月随神州二号飞船发射升空。该天文仪器在约半年的工作时间内观测到上百个太阳耀斑的X射线暴和近10个太阳耀斑的伽马射线暴及若干宇宙伽马射线暴。后又相继推出空间太阳望远镜计划[注4]、太阳爆发探测小卫星(SMall Explorerfor Solar Eruptions,简称SMESE)计划[注5]、日地三星计划[注6]等,但截至2010年,除神州二号搭载取得成功以外,其余均未走到工程立项和发射阶段。先进天基太阳天文台正是在这样的背景下于2011年提出。[23]

先进天基太阳天文台计划以太阳活动第25周峰年[注7]作为契机,将详细记录第25个太阳活动周的“太阳风暴”。届时,围绕该天文台观测结果的研究将成为国际热点,科学家在研究太阳活动规律的同时,也会及时预报太阳爆发对人类的影响,以造福全人类。[4]

研制

先进天基太阳天文台卫星在中国科学院空间科学先导专项的支持下,先后经历预先研究(2011-2013)、背景型号研究(2014-2016)和综合立项论证(2016-2017),终于在2017年底获得中国科学院批复正式工程立项。[1]期间还得到国家基金委面上基金、国家重大科研仪器专项、以及财政部天文专项的支持。[24]

2011年,中国太阳物理界提出一个太阳空间探测卫星计划方案,即研制先进天基太阳天文台。它是中国科学院战略性先导专项“空间科学(二期)”首批启动的两项卫星工程之一。其作为中国第一颗综合性太阳探测专用卫星,或将实现中国太阳卫星探测跨越式突破。[4]2016年4月28日,中国空间科学先导专项背景型号项目“先进天基太阳天文台(ASO-S)”课题结题验收评审会在南京召开。来自南京大学航天科技集团公司科技委、中国空间技术研究院、上海航天技术研究院,中国科学院重大科技任务局、微小卫星创新研究院、上海应用物理研究所、军工项目监理部、国家天文台、南京天文光学技术研究所、高能物理研究所、国家空间科学中心等单位的专家和领导参加了评审会,并于5月3日通过该项目的背景型号结题验收评审。[8]同年11月,先进天基太阳天文台的科学目标以及初步技术指标与使用要求通过评审。[9][10]

ASO-S初步技术指标与使用要求评审会现场
ASO-S初步技术指标与使用要求评审会现场

2017年3月11日,空间科学战略性先导科技专项(简称空间科学先导专项)二期爱因斯坦探针(EP)和先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星工程运载火箭择优评审会在北京召开。经评审组质询、集中讨论,从技术方案、经费和管理三部分进行评分。[25]同年5月,中国科学院国家空间科学中心在北京组织召开了先进天基太阳天文台卫星工程卫星系统、地面支撑系统和科学应用系统方案论证报告评审会。[26]又于6月16日在北京组织召开了先进天基太阳天文台卫星工程立项综合论证报告评审会,会议评审委员会[注1]经过质询和讨论,该天文台的工程方案论证与初步设计合理可行,关键技术问题明确,初步技术途径合理可行,风险可控,工程已具备立项条件,同意通过评审,自此ASO-S卫星工程正式立项。[11]

立项会议现场
立项会议现场

2017年上半年ASO-S完成立项综合论证后,或经历18个月的方案设计阶段、20个月的工程初样阶段和18个月的工程正样阶段,预期2022年前后发射到高度为720km的太阳极轨,设计寿命不少于4年。[27]2019年4月,先进天基太阳天文台卫星方案阶段研制总结暨初样设计报告评审会在北京组织召开。此次会议经过质询和讨论,评审委员会[注2]认为,该天文台卫星完成了方案阶段设计、关键技术攻关工作,初样设计合理可行,卫星技术状态明确,研制技术流程合理,同意通过方案阶段研制总结暨初样设计评审。[12]2021年9月,先进天基太阳天文台卫星转入正样研制阶段。[13]

征名

2022年7月11日至24日,中国科学院国家空间科学中心中国科学院紫金山天文台就先进天基太阳天文台的中文昵称进行征名。[6]后收集到25000多份提名,其中有三分之一都建议命名为“夸父”,后决定将“夸父一号”作为卫星的名称。[14]将先进天基太阳天文台命名为“夸父一号”主要有两层含义,一方面“夸父”作为中国知名的神话人物,“夸父逐日”的故事蕴含了中华民族千百年来对太阳不懈求索的精神。另一方面寓意着“夸父一号”将与未来中国太阳探测卫星一道,开启中国综合性太阳观测的新时代。[7]

发射

2022年8月21日,先进天基太阳天文台卫星工程科学应用系统通过预验收。[15]8月25日,卫星创新院召开先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星出征仪式。该卫星系统总师诸成代表试验队作了《关于发射场安排与试验队管理规定的工作报告》,对卫星运输方案、发射场工作计划、飞控准备和组织管理等工作做出部署和安排。[28][29]

“夸父一号”卫星示意图
“夸父一号”卫星示意图

2022年10月9日7时43分,中国在酒泉卫星发射中心采用长征二号丁型运载火箭,成功将先进天基太阳天文台“夸父一号”发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。[7]中国科学院紫金山天文台研究员甘为群称这颗卫星发射后,要经历一段时间的在轨调试,之后会进入正常工作模式。[16]

发射现场图
发射现场图

2023年9月25日先进天基太阳天文台(ASO-S卫星在轨交付仪式在中国科学院国家空间科学中心举行。此次会议确认该卫星正式在轨交付给中国科学院紫金山天文台使用,开展科学研究工作。[30]2023年10月9日,“夸父一号”科学卫星迎来一周岁生日。[31]

生日蛋糕图
生日蛋糕图
生日现场
生日现场

科学目标

先进天基太阳天文台的科学目标瞄准“一磁两暴”,即太阳磁场太阳耀斑日冕物质抛射,首次在同一颗卫星上实现太阳高能成像和大气不同层次变化的同时观测。具体目标如下:[17]

1.同时观测对地球空间环境具有重要影响的太阳上两类最剧烈的爆发现象—耀斑和日冕物质抛射(CME),研究耀斑和日冕物质抛射的相互关系和形成规律。同时观测太阳耀斑和日冕物质抛射是理解它们的物理本质、形成规律和相互关系的基础。目前,太阳耀斑和日冕物质抛射的物理起源和触发机制研究是国际太阳物理学界的热点。其中,太阳耀斑原则上是局地现象,而CME可以起源于局地,也可以是大尺度起源。学界至今仍不是十分清楚耀斑和CME之间是怎样的关系,而对太阳表面的爆发源区的观测是研究和理解整个物理过程的关键。[17]

太阳耀变
太阳耀变

2.观测全日面太阳矢量磁场,研究太阳耀斑爆发和日冕物质抛射太阳磁场之间的因果关系。目前太阳物理学家认为太阳磁场是驱动太阳耀斑爆发和日冕物质抛射爆发的主要原因[注8],但磁场怎样演化可以导致耀斑和日冕物质抛射,这在当今太阳物理中是一个重要的问题。观测上认识太阳磁场的结构和演化特性与不同太阳爆发之间的关系,特别是小尺度磁场的演变与大尺度CME爆发早期之间的关系,这在国际上尚没有观测先例。[17]

日冕物质抛射
日冕物质抛射

3.观测太阳大气不同层次对太阳爆发的响应,研究太阳爆发能量的传输机制及动力学特征。在太阳耀斑日冕物质抛射爆发后,大量的高能电子和质子被加速。这些被加速的高能粒子沿磁力线向太阳大气底层运动,当这些高能粒子穿过太阳大气等离子体时会加热底层大气,产生电磁辐射增强。先进天基太阳天文台设计的观测手段可以同时观测日冕低层和色球层、光球层,以及通过观测X射线、伽马射线揭示加速电子和离子的特性,从而建立太阳爆发在太阳大气中的能量传输过程,对这种传输过程的诊断是理解太阳爆发能量释放过程的关键,同时有利于认识太阳爆发过程中逃逸出太阳进入近地空间环境的高能粒子的性质。[17]

太阳磁场
太阳磁场

4.探测太阳爆发,预报空间天气,为中国空间环境的安全提供保障。太阳耀斑日冕物质抛射会对地球近地空间环境,特别是灾害性环境造成影响。先进天基太阳天文台对太阳上这两类最剧烈的爆发现象的同时观测,可以直接用来服务于空间天气预报。对耀斑观测而言,可以提前数分钟到数十分钟预报高能粒子的到达时间。对日冕物质抛射而言,根据先进天基太阳天文台上日冕仪观测到的形状和方向,如果数据能够实时下传,可以提前数十小时或数天预报它到达地球轨道的时间。根据先进天基太阳天文台对太阳磁场的观测,还有可能对太阳爆发做出更早的预报。[17]

对近地空间的影响
对近地空间的影响

研究团队

团队名称负责板块
中国科学院上海微小卫星创新研究院卫星平台
中国科学院国家天文台
中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所
中国科学院西安光学精密机械研究所
全日面矢量磁像仪(FMG)
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
中国科学院西安光学精密机械研究所
中国科学院紫金山天文台
莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)
中国科学院紫金山天文台
中国科学院微小卫星创新研究院
中国科学院国家空间科学研究中心
硬X射线成像仪(HXI)
中国科学院国家空间科学研究中心地面支撑系统
中国科学院紫金山天文台科学应用系统
中国航天科技集团公司八院运载火箭系统
参考资料:[32][33]

组成结构

先进天基太阳天文台卫星总体上可以分成卫星平台和有效载荷两部分。卫星平台主要由结构、热控、电源、测控、数传等分系统组成,为所携带的科学探测载荷提供能源、通信和环境等保障。[4]此外,先进天基太阳天文台上配置了三台有效载荷,分别为:全日面矢量磁像仪(FMG)、莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)和太阳硬X射线成像仪(HXI)。[5]

全日面矢量磁像仪(FMG)

全日面矢量磁像仪(FMG)用于开展太阳光球矢量磁场的成像观测。纵向分量灵敏度为5G,横向分量精度为150G。其由成像光学系统、偏振光学系统、数据采集与处理系统三大功能块组成。该磁像仪的望远镜采用口径140mm的远心光路设计;探测器采用4K×4K像元、帧频16fps的CMOS相机;偏振光学系统由经典的里奥(Lyot)型双折射滤光器液晶型偏振分析器系统组成,滤光器工作在Fe I 532.4 nm谱线,透过带宽(FWHM)为0.011nm。[5][34]

FMG 载荷整体照片
FMG 载荷整体照片
全日面矢量磁像仪(FMG)示意图
全日面矢量磁像仪(FMG)示意图

全日面矢量磁像仪基于双折射滤光器而成。由于斯托克斯(Stokes)参数仪不能实时成像,采用类似于Hinode/SP的观测系统对于太阳活动现象的跟踪和预报研究是非常不利的,相比较而言,全日面矢量磁像仪具有更高的观测效率和时间分辨率,更契合先进天基太阳天文台的科学需求。而相较于SDO/HMI和SOHO/MDI,全日面矢量磁像仪设备相对简化,观测模式简单,磁场测量精度更高。为了获得足够高的测量精度,拟采用“深积分”观测方式提高灵敏度,在常规观测模式下,单磁场分量观测由128×2帧图像完成,一组矢量磁图用时2分钟。在一个分量观测中要求图像稳定度优于0.25角秒,但因卫星平台无法满足这一图像稳定度要求,因此全日面矢量磁像仪自带稳像系统。[5]

莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)

莱曼阿尔法太阳望远镜在莱曼阿尔法波段(121.6±7.5nm)和白光波段对太阳从日面中心到1.2个太阳半径的全日面和1.1-2.5个太阳半径的内日冕进行成像观测。[34]其包含三台仪器,即一台口径68毫米莱曼阿尔法全日面成像仪(SDI)[注9]、一台口径60毫米的日冕仪(SCI)[注10]、一台口径130毫米的白光全日面望远镜(WST)[注11]和两台导行镜(GT)[注12][5]

莱曼-阿尔法太阳望远镜(LST)正样图
莱曼-阿尔法太阳望远镜(LST)正样图
莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)示意图
莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)示意图

太阳硬X射线成像仪(HXI)

太阳硬X射线成像仪以太阳耀斑为主要观测目标,对太阳进行成像观测。[34]在15-300keV的硬X射线以优于0.5秒的时间分辨率(最高0.125秒)对全日面进行高分辨率成像观测。其视场为40角分,能量分辨率优于22%@32keV,空间分辨率为3.1角秒。因平台有多个光学载荷,该成像仪采用与日本阳光(YOHKOH)卫星上的硬X射线望远镜(HXT)和太阳轨道探测器(Solar Orbiter)上X射线成像光谱望远镜(STIX)相似的空间调制间接成像技术。这不同于美国拉马第高能太阳光谱成像探测器(RHESSI)卫星所用的旋转调制间接成像技术,但同属于调制类间接成像。[5]

太阳硬X射线成像仪(HXI)示意图
太阳硬X射线成像仪(HXI)示意图

太阳硬X射线成像仪作为一套高精密的成像设备,共加工了超过3400片的钨光栅薄片,胶叠为10种不同节距的91对钨光栅,节距从36微米至1224微米。这些光栅安装在1.2米长度准直器两端的基板上,构成了91个调制子准直器,通过它们的硬X射线信号由后面对应的91个探测器记录,并在地面通过算法反演成图像。此外,还有3个测量总流量的探测器和5个测量背景的探测器。整个探测器阵列共有99个溴化镧探测器。它还自带太阳指向镜系统,它在白光波段对太阳进行监视并提供太阳爆发的位置信息和太阳硬X射线成像仪的指向信息,指向精度优于0.3角秒,可用于修复抖动造成的图像模糊。同时,它还负责实时监测前后基板的微米级形变和角秒级扭转。[5]

硬X射线成像仪(HXI)正样图
硬X射线成像仪(HXI)正样图硬X射线成像仪(HXI)正样图硬X射线成像仪(HXI)正样图硬X射线成像仪(HXI)正样图

科学应用系统

科学应用系统是卫星工程的重要组成之一,是连接卫星数据和科学用户的桥梁。科学应用系统由卫星科学团队把原始观测数据加工成高级科学数据产品,用户下载使用。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。先进天基太阳天文台每天将产生大约500GB的科学探测数据,经地面支撑系统和科学应用系统处理,生成可供研究直接利用的科学数据。[4]

主要参数

类型参数名称参数
基本参数尺寸入轨后的尺寸是2105毫米×9184毫米×2456毫米[35]
质量888kg[6]
日观测数据约500GB[4]
寿命4年[23]
轨道参数轨道高度720km[23]
轨道类型太阳同步晨昏轨道[7]
轨道周期99min[23]
轨道倾角98.27◦[23]

主要特点

先进天基太阳天文台作为中国第一颗综合性太阳探测专用卫星,或将实现中国太阳卫星探测跨越式突破。主要特点如下:[4]

国际上首次以“一磁两暴”作为卫星的科学目标并配置相应的载荷组合;国际上首次在一颗卫星平台上对全日面矢量磁场太阳耀斑热辐射成像,日冕物质抛射的日面形成和近日冕传播同时进行观测;国际上首次在莱曼阿尔法波段实现全日面和近日冕同时观测。[4]卫星搭载7台光学设备,同时精确指向太阳,确保每台光学设备对太阳完整成像,所以各光学设备光轴之间的一致性要求非常高,这就需要高精度装配达到这些光轴的一致;[36]卫星要经历发射过程的力学振动和冲击环境、太空中冷热交替变化环境、超高真空环境,要保持星上各光学设备光轴之间变化极小,确保卫星寿命期内各光学设备观测对象完整性;[36]采用对星上活动部件振动降低技术和稳像技术,实现光学防抖,获取清晰的观测图像。[36]

研究成果

截至2023年10月9日,先进天基太阳天文台卫星已平稳在轨运行365天,累计绕地飞行5294轨,提交各类观测计划超过500个,共计观测原始数据约120TB,生产高级数据产品超过100TB,卫星数据于2023年4月12日开放以来对外下载科学数据超过2TB,目前卫星完成了在轨测试任务,正式在轨交付给中国科学院紫金山天文台使用,各载荷进入常规观测阶段,开展科学研究工作。[18]随着太阳活动峰年的到来,越来越多的白光耀斑被观测到,截至2023年12月底,已有120余例白光耀斑被白光太阳望远镜观测到,这为探讨白光耀斑的物理本质提供了样本。[19][20]

2022年11月21日,先进天基太阳天文台卫星搭载的硬X射线成像仪首张科学图像在中国科学院紫金山天文台发布,这是中国首次获得太阳硬X射线图像,也是当前国际上地球视角唯一的太阳硬X射线像,图像质量达国际先进水平。[37][38]12月13日,“夸父一号”首批科学图像发布。这批图像实现了多项国内外首次,并在轨验证了三台有效载荷的观测能力和先进性。其中全日面矢量磁像仪(FMG)实现了中国首次在空间开展太阳磁场观测,莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)的三个子载荷中,太阳日面成像仪(SDI)在国际上首次通过卫星平台获得了莱曼阿尔法波段全日面像,其中对日珥的演化图像清晰完整。[39]

太阳硬X射线图像
太阳硬X射线图像

2024年1月1日,太阳爆发了一个X5.0级耀斑,该耀斑开始于05:36,同时伴随有日冕物质抛射。这也再次刷新了第25太阳活动周最大耀斑的记录。“夸父一号”卫星(ASO-S)的三个载荷成功地记录了这次爆发。[40][38]同年3月,“夸父一号”卫星(ASO-S)科学团队利用“夸父一号”卫星上的白光太阳望远镜(WST)观测数据,揭示了太阳白光耀斑并不罕见,并捕捉到耀斑环上的连续谱辐射。耀斑的白光连续谱辐射主要在耀斑环足点被观测到,对于少部分边缘耀斑事件,白光连续谱辐射可以在耀斑环上被探测到,但通常较弱。这些出现在不同位置处的白光连续谱辐射的起源高度和辐射机制均不同。在白光太阳望远镜观测到的百余例白光耀斑事件中,大部分的360nm辐射出现在耀斑环足点。耀斑环足点的白光辐射通常与非热电子束加热直接或间接有关,而耀斑环上的白光连续谱辐射却与环冷有关,如果耀斑环中的电子密度低于1012cm-3,其白光辐射可能源于汤姆孙散射过程[注13][20]

WST 360nm白光耀斑示例
WST 360nm白光耀斑示例

2024年3月23日,太阳释放一个强烈爆发,环境应用静地卫星(GOES)给出的耀斑级别达到X1级,峰值时间约在01时33分。爆发后仅3小时GOES监测到的质子流量就开始攀升,08时超过了美国空间天气预报中心(SWPC)10 MeV预警线,至18时已经达到了背景水平的5000倍。“夸父一号”卫星完整观测到这一爆发的全过程,该卫星的硬X射线成像仪(HXI)观测给出X射线光变和动态能谱。HXI的成像显示了和太阳动力学观测台(SDO)的太阳大气成像仪(AIA)呈现的极紫外耀斑带一致的X射线源。此外,“夸父一号”莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)载荷也观测到了莱曼阿尔法波段的耀斑和抛射。[41]

X射线光变和动态能谱
X射线光变和动态能谱

数据政策

先进天基太阳天文台卫星任务团队秉承开放共享的理念,以国际科学数据管理与共享FAIR化准则为指引,规范出版科学数据产品,面向全球用户公开共享全部科学数据,惠及国内外太阳物理、空间物理、地球物理、等离子体物理等领域科研人员以及空间天气检测预警等行业部门及普通公众。[4]其数据政策如下:[42][43]

除任务调试阶段获得的数据和部分工程数据外,ASO-S任务的科学数据完全向社会开放。所有用户与团队成员一样有同等的权利使用ASO-S任务的科学数据;

2.为了最好地了解数据的仪器和含义,鼓励用户在撰写论文时与团队成员(一个就足够了)合作,团队成员可能是有效负载科学家、有效负载数据科学家或任何团队成员ASO-S任务主页上列出的成员,特别是任务前两年的成员;

3.所有科学数据、校准和处理软件、使用文档和更新信息均通过ASO-S主页提供。浏览和快速查看产品不适用于科学分析和出版物

4.所有出版物中使用的数据均请注明来源:“ASO-S任务得到中国科学院空间科学战略性先导专项资助,批准号:XDA15320000”。强烈鼓励将ASO-S图像、动画和视频用于非商业目的和公共宣传活动;

5.ASO-S卫星科学数据归国家所有,由中国科学院委托空间科学先导专项总体单位国家空间科学中心行使管理职能,在ASO-S卫星工程首席科学家和总体办公室领导下,由ASO-S卫星工程科学应用系统和地面支撑系统具体实施;

6.ASO-S卫星数据的地面接收及前期数据处理由ASO-S卫星工程地面支撑系统负责,ASO-S卫星科学数据的生产、管理及数据分析软件的研发、维护和升级主要由ASO-S卫星工程科学应用系统负责;

7.在卫星运行期间,ASO-S卫星工程科学应用系统和地面支撑系统的科学数据互为备份,面向用户提供统一的服务,包括数据、分析软件、技术支持、研究合作等;卫星结束寿命后,逐渐转由地面支撑系统提供长期服务;

8.为了鼓励国内外广大用户使用ASO-S科学数据开展研究,除卫星在轨测试阶段数据外,ASO-S卫星科学数据秉持完全公开的原则。在卫星交付后,国内外用户与卫星项目团队成员享有同等的科学数据使用权,即在利用卫星科学数据开展研究方面没有使用优先级的划分。ASO-S卫星科学团队特别鼓励学生使用ASO-S卫星数据进行学位论文工作和科研训练。[42][43]

相关评价

先进天基太阳天文台首席科学家甘为群等人评价:先进天基太阳天文台的设计寿命不少于4年,可望完整覆盖太阳活动第25周峰年。为了取得预期的成果,其科学团队除了正在完善科学应用系统各项功能,也在极力争取各方的支持,努力为国内外太阳物理学家围绕“夸父一号”的数据开展太阳物理前沿研究提供优质的平台,包括与2021年10月发射的中国第1颗太阳探测科学试验卫星“羲和号”的紧密合作,期待“早出成果,多出成果,出大成果”,以期在国际太阳空间探测历史上留下中国贡献的印记。选择“夸父”作为中国探日卫星的名称,与已经使用中国神话嫦娥奔月”故事中的“嫦娥”作为中国探月工程的名称相呼应,太阳对月亮,夸父对嫦娥,突显中国文化,相得益彰。[23]

中国科学院评:“夸父一号”作为中国太阳物理学家自主提出的综合性太阳探测专用卫星,是中国科学院空间科学先导专项继“悟空”“墨子号”“慧眼”“实践十号”“太极一号”“怀柔一号”之后,研制发射的又一颗空间科学卫星,实现了中国天基太阳探测卫星跨越式突破。[44]

扬子晚报评:“夸父一号”是以科学目标为牵引的空间科学卫星计划,在科学目标、观测对象、观测波段等方面与“羲和”完全不同,将开启中国综合性太阳观测的新时代。[45]

参考资料 45

  1. 先进天基太阳天文台介绍 — 先进天基太阳天文台
  2. 卫星名称 — 先进天基太阳天文台
  3. ASO-S 发射 — 先进天基太阳天文台
  4. 宣传册 — 先进天基太阳天文台
  5. 有效载荷 — 先进天基太阳天文台
  6. 太阳系的居民们,人类即将发射的“先进天基太阳天文台”征名啦~ — 中国科学院紫金山天文台
  7. 我国成功发射综合性太阳探测卫星“夸父一号” — 中国科学院紫金山天文台
  8. 先进天基太阳天文台(ASO-S)顺利通过背景型号结题验收评审 — 中国科学院国家空间科学中心
  9. 先进天基太阳天文台(ASO-S)科学目标通过评审 — 中国科学院国家空间科学中心
  10. EP和ASO-S初步技术指标与使用要求通过评审 — 中国科学院国家空间科学中心
  11. ASO-S卫星工程通过立项评审 — 中国科学院国家空间科学中心
  12. ASO-S卫星通过方案阶段研制总结暨初样设计评审 — 中国科学院国家空间科学中心
  13. 先进天基太阳天文台卫星转入正样研制阶段 — 中国科学院国家空间科学中心
  14. 中国综合性太阳探测卫星“夸父一号”发射成功 卫星以“一磁两暴”为科学目标开展观测 — 央视新闻
  15. 先进天基太阳天文台卫星工程科学应用系统通过预验收 — 中国科学院紫金山天文台
  16. 我国成功发射综合性太阳探测卫星“夸父一号” — 科学网
  17. 科学目标 — 先进天基太阳天文台
  18. “夸父一号”1周岁啦! — 百家号
  19. “夸父一号”科学团队揭示:太阳白光耀斑并不罕见 — 百家号
  20. 太阳白光耀斑研究获进展 — 中国科学院
  21. 先进天基太阳天文台 — 中国大百科全书
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. ASO-S任务 — 中国科学院国家空间科学中心
  25. EP/ASO-S卫星工程项目运载火箭择优评审会在京召开 — 中国科学院国家空间科学中心
  26. ASO-S卫星工程卫星系统、地面支撑系统、科学应用系统方案论证报告评审会在京召开 — 中国科学院国家空间科学中心
  27. ASO-S任务 — 中国科学院国家空间科学中心
  28. 迅速成长!中国空间站植物生长实验取得阶段性成果『航天视窗』(241) — 我们的太空
  29. 紫金山天文台举行ASO-S卫星HXI载荷试验队出征仪式 — 中国科学院紫金山天文台
  30. 先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星在轨交付仪式在京举行 — 中国科学院紫金山天文台
  31. 今天,“夸父一号”1周岁啦! — 微信公众平台
  32. ASO-S卫星研制团队 — 先进天基太阳天文台
  33. ASO-S任务 — 中国科学院国家空间科学中心
  34. 卫星及载荷 — 中国科学院国家空间科学中心
  35. “夸父一号”如何“逐日” — 光明新闻
  36. 【中国新闻网】专家解读“夸父一号”卫星:为何研制?如何“逐日”? — 中国科学院
  37. “夸父一号”硬X射线成像仪首图发布 — 百家号
  38. 参考 38
  39. 实现多项国内外首次,“夸父一号”首批科学图像发布 — 百家号
  40. “夸父一号”观元旦“礼花”——第25太阳活动周迄今最大耀斑 — 中国科学院紫金山天文台
  41. 夸父速报丨2024年3月23日X1级太阳爆发 — 微信公众平台
  42. 先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星科学数据发布管理实施细则 — 先进天基太阳天文台
  43. Data Policy of ASO-S Mission — 先进天基太阳天文台
  44. 我国成功发射综合性太阳探测卫星“夸父一号” — 中国科学院
  45. 解读:国际上首次在一颗近地卫星上同时观测太阳的“ 一磁两暴” ,为国际太阳物理研究贡献“ 中国智慧” ! — 扬子晚报

注释

  1. 会议评审委员会由来自南京大学、中国科学院国家天文台、西安卫星测控中心、北京遥感信息研究所、中国科学院紫金山天文台、国家空间科学中心等单位的专家组成。
  2. 会议评审委员会由来自中国航天科技集团公司第八研究院、航天工程研究所、中国科学院国家天文台、中国科学院紫金山天文台、国家空间科学中心等单位的专家组成。
  3. 太阳爆发活动是指太阳大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放现象
  4. 由国家天文台牵头提出并花费10余年多渠道推进
  5. 2004年紫金山天文台、南京大学等与法国有关单位联合提出,并在国防科工委等支持下推进数年。
  6. 该计划由北京大学牵头,让一颗位于L1点的卫星用来观测太阳。
  7. 即2024年-2025年
  8. 即太阳耀斑爆发能量和日冕物质抛射爆发能量都是来自于太阳磁场的非势能量。
  9. 莱曼阿尔法全日面成像仪使用4608×4608像元的探测器以获得约1.2角秒的空间分辨率。同时,莱曼阿尔法全日面成像仪和日冕仪都将通过压电陶瓷驱动稳像系统来实现太阳的稳定以满足高分辨率成像观测的要求。
  10. 日冕仪使用2048×2048像元的探测器对1.1-2.5个太阳半径的内日冕以3-60秒的时间间隔在莱曼阿尔法波段(122.6±3nm)进行成像观测并在白光波段(700±32nm)进行偏振亮度观测。在日冕仪光路中加入分光镜,将入射的日冕光分成透射和反射两部分。反射部分经过莱曼阿尔法滤光片后成像在莱曼阿尔法波段探测器;透射部分在经过宽带滤光片、线偏振片后成像在白光波段探测器上,在0°及±60°三个方向进行日冕偏振亮度测量。
  11. 白光望远镜采用4608×4608像元的CMOS探测器在通常模式下以1-120秒的时间间隔对太阳从日面中心到1.2个太阳半径进行紫外连续谱(360±2.0nm)成像观测,在快速的爆发事件模式下通过开窗输出的方式使时间间隔小于0.2秒。白光望远镜的成像观测的空间分辨率与莱曼阿尔法全日面成像仪相同。
  12. 导行镜工作波长为570nm,通过四象限光电二极管对太阳边缘进行探测,实时计算太阳边缘的偏移量并将偏移量转化成导行信号。导行信号最终转化成驱动信号驱动安装在莱曼阿尔法全日面成像仪和日冕仪主镜后面的压电陶瓷晶体实现太阳像的稳定。
  13. 汤姆孙散射是指电磁辐射和一个自由带电粒子产生的弹性散射。
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