泉源:人民日报
眼前是一片光与火的海洋。烈焰洪流一般奔涌着、喷发着,无声汹涌在恒星的表面。
太阳是云云巨大,33万个地球相加,才能到达一个太阳的质量。究竟上,太阳占去太阳系总质量的99.87%。我们无时无刻不在经受它的吸引,无时无刻不被它光热的潮流抚摸。我们赖以生存的食品、能源,乃至大气的流动,无不直接或间接得益于太阳的馈赠。它恒定不变地汹涌在1.5亿公里之外,燃烧着、喷发着,好像亘古如斯,永无枯竭。
在南京大学的校园里,有一群人,不绝在关注着太阳。在积贮了半个多世纪的气力之后,他们把中国“观日之眼”送入太空。
在中国科学院方成院士的眼中,太阳的光芒里充满了未知。为什么有云云巨量日冕物质抛射?为什么太阳有活泼周期?为什么太阳南北极磁场会调转?
方成今年84岁,仍思维敏捷、精神饱满,奔忙在工作一线。他亲历了中国对太阳研究的从无到有,从搭建观测塔到升级天文台。他领衔把中国第一颗太阳观测卫星“羲和号”送入太空。在方成院士和他的团队看来,“羲和号”是中国探日从地面跨入太空最坚固的一级台阶。
攻关
“那我们发一颗卫星到太空去看。”南京大学天文与空间科学学院80后教授李川,仍记得第一次听方成院士讲卫星假想的景象。那时,各人都觉得难以置信。
从来都是在地面研究太阳,用国外研究团队公开的数据找方向,最大胆的想法也不过是升级望远镜,追赶别人的观测条件。“先别说一个云云巨大的卫星观测项目需要多少钱,就说一次火箭发射要多少成本?”各人不敢想。
方成从来是个敢想敢干的人。1955年,方成来到南京大学读书,当他参观紫金山天文台时,相识到我国的天文观测装备,只能用“一穷二白”来形容。最大的装备,也不过是一架1924年购于德国的60厘米直径的天文望远镜。那时,师生们最大的心愿,是建一座自己的太阳塔望远镜。
谁也没想到,项目自1958年上马,历经22年,终于在以方成为首的团队手中完成。这期间,项目因种种原因多次制止,但方成他们又一次次推动项目重新上马。资料没有,自己研究;缺少经费,工地搭茅棚;好不轻易买来几方木料,租不起车,师生用板车拉……
1979年秋天,一座小巧别致的穹顶塔台矗立在南京孝陵卫的荒山上,中国第一次拥有了自己的太阳观测塔。观测到清晰的太阳成像,收集到清晰的太阳光谱,中国对太阳的观测研究大踏步走上了轨道。
方成自小就在向天空仰望。抗战时期,父母离开上海避乱,方成出生在昆明。他影象里,每当警报响起,敌军飞机从天边飞来轰炸城区。那时,他的志向是做飞机设计师。厥后,阴差阳错学了天文,他向天仰望的目光却从此投射得更远。
他深知,增强对太阳的观测研究,中国迟早要迈出这一步。从前他大学结业后去北京深造,当时赵九章等学界先辈正推动中国的卫星上天。他们熟悉到“日地关系”的紧张和科研短缺,建议方成专注于这方面的研究。
如今,中国的太空奇迹,已经从资源卫星、气象卫星,走向载人航天。一个航天大国,对太阳举行监测和预告,是多么紧急又势在必行!
太阳每时每刻都在发生着氢、氦核聚变。局部突然增亮的发作称为耀斑。一个中等强度的耀斑,就相当于百亿颗原子弹爆炸的能量开释。更巨大的发作称为日冕物质抛射,以十亿吨计的物质喷射向行星际空间。一旦遭遇,高能粒子、电磁暴等将袭向地球,小则影响信鸽方向和导航,大则危及航天员安全、粉碎电子器件、损毁卫星、造成停电。
对太阳的重视,总与航天步调同等。至今,天下各国已先后发射了70多颗太阳探测卫星。其中,“帕克”太阳探测器正在试图更近地触摸太阳,间隔太阳最近时仅约9个太阳半径。
方成在多年的国际相助中看到差距,也在差距中对未来的路有了清晰熟悉。2004年,他提出与国外相助,共同研制太阳观测卫星,但因外方资金不敷而搁置。再一次,国内一箭五星计划又因故放弃。但方成没有灰心。一次次实验,他带出更有探天积淀的队伍。在中国向天外进发的脚步中,探日的时机正在临近。
出征
沉沉夜色中,随着长征二号火箭点火,光焰如激流喷射而出,箭身稳稳升起旋即冲天而去,很快成了苍穹上一颗亮点。2021年10月14日,“羲和号”从太原卫星发射中央一飞而起,奔向太空。
当时,方成和团队都守在发射现场。从“羲和号”2019年6月立项,到跟随火箭一飞冲天,仅仅已往了两年时间。中国的探日进度,加速从地面跨入太空。
“羲和号”卫星除了太阳成像,更紧张的功能是利用中性氢原子谱线举行整日面光谱扫描。此前,全天下尚未在太空中探测过这条Hα光谱。而通过这条谱线,可以巧妙反推出太阳的温度、密度等,进而能研究太阳大气,相识发作机理,对太阳发作运动做出预告。
同时,卫星还将负担技能试验的“特殊使命”。由于要扫描整个日面构成一张完整太阳像,必须让卫星具备超高对准精度与超高稳定性。而卫星在飞行中如何不产生振动?恰恰,上海航天技能研究院铸就了一件“利器”。如果把卫星平台舱比作无人机,那么装有镜头的平台就是载荷舱,中国首创以磁悬浮的方式让平台舱和载荷舱分离,带来了亘古未有的稳定和精度。“羲和号”技能要求苛刻,恰好成为这项技能的“试车员”。
立项后的节奏快得让人喘不过气。南京大学、上海航天技能研究院和中科院长春光机所等单元的团队为“羲和号”繁忙起来。这是一场复杂的协同,有的要攻克光学器件,有的要完成卫星开发,有的要对未来数据定标建模……“许多人在幕后没日没夜苦战,一颗卫星逐渐成型。”李川说。
先是样机,测试调解,然后是真机运到南京,连接上各种装备,对准太阳做末了的查验。后面还要完成整装、搭载上箭,仅留出数天检测窗口。没想到,调试预备好了,南京却阴雨绵绵,让民气急如焚。
团队不绝焦虑看着天,乌云沉沉不散。直到末了一天,只听有人喊:“天开了!”久违的阳光射出,“羲和号”末了一次在地球大气层中注视太阳。检测完毕,万事俱备,只待升空。研制团队连夜带着装备转场,时间扣得很紧。
这就是地面观测太阳的限定。风雨阴晴,都会影响观测,每天一半时间地球的一面都是背对太阳。而“羲和号”在距地表517公里的天外,绕行地球南北极,可以全天候朝向太阳巡看,每46秒完成一张整日面扫描,几乎每时每刻都在记载太阳数据。
在地面,地球大气吸收了大部门电磁波,甚至太阳运动本身也在影响着大气变革。当人们看到星星眨眼,那正是因为大气的颠簸。剥去这些迷雾,人类将有更多发现。比如,通过“羲和号”,人们第一次看到了太阳中硅元素的一条光谱谱线,而在大气中,这条线被完全掩藏了。
当“羲和号”传回顾批数据,方成内心的石头总算落地了。但太阳成像始终不敷完善。所幸硬件设计如今运用了多种传感器,可以远距调控,几经试验找到了最佳位置,得到了抱负的太阳Hα光谱和成像。
运行一年来,“羲和号”已经渐入佳境。今年8月30日,国家航天局发布“羲和号”探日近一年效果单。它不光传回海量观测数据,记载了近百个太阳发作运动,更接连创下5个国际首次,验证了“磁悬浮”双超技能、空间测速全新解决方案等的创新优势。
筑路
当“羲和号”随火箭刺破苍穹,南京大学、上海航天技能研究院、中科院长春光机所等研发团队都在现场。他们惆怅凑这么齐,当即开会讨论起未来的“羲和二号”。
两年艰辛长跑,终点成了另一个起点。下一个目的已经倒逼他们争分夺秒。
在方成的构想里,“羲和号”是跨入太空的一小步,是“开胃菜”,是“试验田”,中国探日的大幕正徐徐拉开。“在未来,我们需要建立立体观日体系,包括在黄道面观测、进而建立绕太阳极区观测体系,并最终抵近太阳……”
实现愿景,步子得从脚下走起。每7到14年,平均11年,会有一轮太阳黑子的会合发作。自有记载以来的第二十五个太阳运动活泼周期已经开始,这对我国跟上前沿探日步调,将是一个惆怅的观测窗口期。
他们为“羲和二号”选了一个绝佳观测位置。日地之间多个引力均衡点称作拉格朗日点,其中L5点与太阳和地球的连线呈等边三角形。如果长期稳定停留在那里,将跳出人类几乎只能正面观测太阳的视角,观测太阳的“侧脸”。由于太阳自转,在L5甚至能提前4到5天观测到即将波及地球的太阳运动,也将可以观看日地互动全过程。目前,还没有人类的飞行器长期驻留在那里。
太阳像一个巨大的谜,让探索者无法停步,无法移开视线,那团未知云云令人着迷。他们惊讶于太阳的丰富,“目前地球的全部元素,太阳上全都有”。但对太阳运动认知的有限,让他们感到心急。在这群“追日人”的努力下,中国即将构建起太阳立体探测体系,那将是一项造福全人类的奇迹。
在“羲和号”升空一年后,中科院先导项目先进天基太阳天文台卫星发射升空,天下最大的直径2.5米的轴对称太阳望远镜等也即将建成。而中国的太阳数据,已向环球开放。
太阳是人类目前唯一可以云云靠近去探测、去研究的恒星。人类有一天去往更浩瀚的深空探测的时候,来自太阳的履历无比紧张。“而我们对太阳的相识,还处在非常浅表的阶段。”方成说,“我们这代人是向着太阳筑路,大的贡献在后面,等着厥后的人去完成!” |