今年2月以來(lái)，基于“羲和號(hào)”的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)出的科研成果接連見(jiàn)諸國(guó)際期刊：南京大學(xué)太陽(yáng)物理團(tuán)隊(duì)借助“羲和號(hào)”再現(xiàn)太陽(yáng)暗條爆發(fā)三維動(dòng)力學(xué)過(guò)程；北京大學(xué)、南京大學(xué)、云南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)合作，利用“羲和號(hào)”衛(wèi)星的Hα（氫阿爾法）光譜成像以及美國(guó)太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)的數(shù)據(jù)，揭示太陽(yáng)大氣中一種特殊磁場(chǎng)位型的形成過(guò)程及其內(nèi)部能量變化情況，為太陽(yáng)噴流過(guò)程中的能量?jī)?chǔ)存和釋放機(jī)制提供了重要線索……
自“羲和號(hào)”發(fā)射以來(lái)，人類對(duì)于太陽(yáng)的了解，又多了一個(gè)獨(dú)特的空間視角。
“目前，‘羲和號(hào)’與‘夸父一號(hào)’等國(guó)內(nèi)探測(cè)設(shè)備開(kāi)展了一系列聯(lián)合研究，國(guó)內(nèi)天地一體化太陽(yáng)探測(cè)體系初步形成。”中國(guó)科學(xué)院院士、“羲和號(hào)”科學(xué)總顧問(wèn)方成日前在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，“我們要用中國(guó)自己的太陽(yáng)探測(cè)設(shè)備做一流的研究?！?/p>
首次實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)Hα譜線空間探測(cè)
記者：“羲和號(hào)”發(fā)射兩年半以來(lái)運(yùn)行情況如何，數(shù)據(jù)開(kāi)放情況怎樣？
方成：自2021年10月發(fā)射以來(lái)，“羲和號(hào)”在軌穩(wěn)定運(yùn)行，已經(jīng)至少觀測(cè)到數(shù)百個(gè)太陽(yáng)耀斑的爆發(fā)過(guò)程?！棒撕吞?hào)”的設(shè)計(jì)壽命是3年，但現(xiàn)在看來(lái)，其服役期還可以延長(zhǎng)1—2年。
目前，“羲和號(hào)”約95分鐘繞地球旋轉(zhuǎn)1圈，每天旋轉(zhuǎn)15圈。每天的觀測(cè)數(shù)據(jù)由3個(gè)地面接收站接收后，傳到中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心，再傳到南京大學(xué)的太陽(yáng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件自動(dòng)處理和人工校對(duì)后，毫無(wú)保留地向全球開(kāi)放。目前我們已經(jīng)累計(jì)發(fā)布了約450T的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
記者：“羲和號(hào)”數(shù)據(jù)的使用情況如何？這些數(shù)據(jù)產(chǎn)出了哪些成果？
方成：“羲和號(hào)”的數(shù)據(jù)包括全日面光譜數(shù)據(jù)、圖像等。在對(duì)太陽(yáng)的空間觀測(cè)方面，這些數(shù)據(jù)是獨(dú)一無(wú)二的?，F(xiàn)在美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等十幾個(gè)國(guó)家都在用“羲和號(hào)”的數(shù)據(jù)做研究。
學(xué)術(shù)界使用“羲和號(hào)”的觀測(cè)數(shù)據(jù)，收獲了不少研究成果。去年8月，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《天體物理學(xué)快報(bào)》為“羲和號(hào)”相關(guān)研究成果開(kāi)設(shè)了專欄，這是該期刊首次為中國(guó)天文觀測(cè)設(shè)備設(shè)立專欄發(fā)布研究成果。截至目前，專欄已經(jīng)發(fā)表了11篇論文。
記者：相較于以往我們從國(guó)外太陽(yáng)探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)，“羲和號(hào)”的觀測(cè)數(shù)據(jù)有什么獨(dú)特價(jià)值？
方成：自20世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)已經(jīng)發(fā)射了70多顆太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星，目前在役的還有10顆左右。但在“羲和號(hào)”發(fā)射之前，這些衛(wèi)星大都是在紫外線、伽馬射線、X射線等波段探測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)，而“羲和號(hào)”在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)Hα譜線的空間探測(cè)。
我們可以將“羲和號(hào)”的觀測(cè)結(jié)果與其他太陽(yáng)探測(cè)設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行分析，從多波段多角度了解太陽(yáng)爆發(fā)的物理過(guò)程，從而對(duì)太陽(yáng)有更全面的了解。這也有利于我們開(kāi)展空間天氣預(yù)報(bào)和預(yù)警。
記者：“羲和號(hào)”和“夸父一號(hào)”在太陽(yáng)觀測(cè)方面是否有合作？
方成：兩顆衛(wèi)星的合作很密切。我們發(fā)表的太陽(yáng)觀測(cè)相關(guān)論文，很多都結(jié)合了“羲和號(hào)”和其他太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星從不同波段、不同角度觀測(cè)的數(shù)據(jù)，其中也包括“夸父一號(hào)”。
今年3月1日《天體物理學(xué)快報(bào)》雜志發(fā)表的一篇有關(guān)白光耀斑的論文，就是南京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的科研人員使用“羲和號(hào)”和“夸父一號(hào)”的數(shù)據(jù)研究得出的結(jié)論。
白光耀斑可以釋放出很強(qiáng)的能量，對(duì)空間天氣產(chǎn)生重要影響。從1859年到“夸父一號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射升空之前，僅有300例左右的太陽(yáng)白光耀斑事件被報(bào)道。然而，“夸父一號(hào)”升空后到2023年12月底，已有120余例白光耀斑被觀測(cè)到。
記者：您認(rèn)為“羲和號(hào)”和“夸父一號(hào)”的合作將對(duì)我國(guó)的太陽(yáng)探測(cè)發(fā)揮什么作用？
方成：“羲和號(hào)”是目前唯一實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)Hα譜線空間觀測(cè)的衛(wèi)星。而“夸父一號(hào)”的3個(gè)載荷、5臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，可以進(jìn)行多個(gè)波段的探測(cè)和磁場(chǎng)的高精度觀測(cè)。它搭載的萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡和太陽(yáng)硬X射線成像儀，可以從紫外線、可見(jiàn)光和X射線波段觀測(cè)太陽(yáng)，這與“羲和號(hào)”的觀測(cè)形成互補(bǔ)。
兩顆衛(wèi)星的合作，可以幫助我們了解太陽(yáng)低層大氣到高層大氣的演化過(guò)程，對(duì)于研究太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)和爆發(fā)活動(dòng)有重要意義。
計(jì)劃向日地L5點(diǎn)發(fā)射觀測(cè)器
記者：目前國(guó)際上對(duì)于太陽(yáng)探測(cè)的難點(diǎn)、重點(diǎn)是什么？對(duì)此我國(guó)應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)？
方成：太陽(yáng)探測(cè)的難點(diǎn)是全波段、多視角、高精度的觀測(cè)。今后我們將重點(diǎn)圍繞太陽(yáng)磁場(chǎng)和多視角的探測(cè)開(kāi)展研究。
對(duì)日冕磁場(chǎng)的觀測(cè)很重要。日冕內(nèi)不同極性的磁場(chǎng)撞擊在一起后，會(huì)釋放出很多能量，引發(fā)太陽(yáng)爆發(fā)。但目前國(guó)際學(xué)術(shù)界無(wú)法直接測(cè)量出日冕磁場(chǎng)，只能在觀測(cè)太陽(yáng)低層大氣的磁場(chǎng)后，推測(cè)日冕磁場(chǎng)的變化。這其中有一些不確定因素。
磁場(chǎng)需要通過(guò)譜線的偏振來(lái)觀測(cè)。日冕譜線的偏振信號(hào)很弱，很難觀測(cè)。此外日冕還有透視效應(yīng)。從地球上觀測(cè)到的磁場(chǎng)信號(hào)，其實(shí)是不同高度、不同區(qū)域日冕內(nèi)的磁場(chǎng)疊加在一起的結(jié)果，很難確定觀測(cè)到的磁場(chǎng)信號(hào)到底來(lái)自哪一點(diǎn)。
記者：未來(lái)太陽(yáng)探測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)是什么，研究團(tuán)隊(duì)將如何應(yīng)對(duì)？
方成：從地面或日地連線上觀測(cè)太陽(yáng)，我們看到的所有太陽(yáng)上的活動(dòng)都是天空背景下的投影。未來(lái)太陽(yáng)探測(cè)的發(fā)展重點(diǎn)和趨勢(shì)是多角度探測(cè)，即從太陽(yáng)的不同側(cè)面去探測(cè)。
我們目前正在進(jìn)行“羲和二號(hào)”的預(yù)研，希望能到距離地球約1.5億公里的日地第五拉格朗日點(diǎn)（日地L5點(diǎn)）探測(cè)太陽(yáng)。日地L5點(diǎn)與太陽(yáng)和地球的連線呈等邊三角形。把探測(cè)器布置在這里，可以研究太陽(yáng)活動(dòng)的三維結(jié)構(gòu)，精確測(cè)量太陽(yáng)磁場(chǎng)，為揭示太陽(yáng)爆發(fā)的物理機(jī)制提供關(guān)鍵信息，還能夠提前4—5天觀測(cè)到即將影響到地球的太陽(yáng)活動(dòng)，實(shí)時(shí)追蹤面向地球的太陽(yáng)爆發(fā)，為空間天氣預(yù)報(bào)帶來(lái)革命性突破。但截至目前，在日地L5點(diǎn)上進(jìn)行太陽(yáng)觀測(cè)尚無(wú)先例。
我們希望能在太陽(yáng)活動(dòng)峰年期間的2026—2027年發(fā)射“羲和二號(hào)”。如果趕不上這波，推遲到2030年以后的第26個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期也可以。
希望年輕人投入太陽(yáng)探測(cè)事業(yè)
記者：您是出于什么原因開(kāi)始從事太陽(yáng)觀測(cè)的？當(dāng)時(shí)我國(guó)相關(guān)研究的基礎(chǔ)條件如何？
方成：我出生在抗戰(zhàn)時(shí)期。中學(xué)時(shí)，我一直想成為一名飛機(jī)設(shè)計(jì)師。后來(lái)因?yàn)闄C(jī)緣不巧，未能如愿。但我的物理、數(shù)學(xué)成績(jī)還不錯(cuò)，1955年，我考入南京大學(xué)數(shù)學(xué)天文系天文專業(yè)。
那時(shí)，我國(guó)的天文觀測(cè)可以說(shuō)是一窮二白，沒(méi)有像樣的觀測(cè)設(shè)備。中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)里當(dāng)時(shí)最好的設(shè)備就是從國(guó)外買來(lái)、剛剛修復(fù)的60厘米口徑望遠(yuǎn)鏡，而美國(guó)早在1948年就建成了508厘米口徑的反射望遠(yuǎn)鏡。
在我踏進(jìn)南京大學(xué)時(shí)，在校園里看到了一條橫幅，上面寫著：“立志成為祖國(guó)天文事業(yè)的拓荒者！”我覺(jué)得自己責(zé)任重大。我們這代人要努力改變我國(guó)天文事業(yè)的落后面貌。本科畢業(yè)后，我就留校任教了。
記者：聽(tīng)說(shuō)南京大學(xué)歷時(shí)22年建立了中國(guó)第一座塔式太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，即太陽(yáng)塔，您是設(shè)計(jì)建設(shè)太陽(yáng)塔的重要參與者。當(dāng)初您和團(tuán)隊(duì)曾面臨哪些難題，是如何攻克的？
方成：1958年，南大提出建設(shè)太陽(yáng)塔。但當(dāng)時(shí)在天文觀測(cè)設(shè)備研制方面，我們沒(méi)有任何可以參考的對(duì)象，甚至南大天文系里沒(méi)有一個(gè)人見(jiàn)過(guò)太陽(yáng)塔，所以很多人不看好我們。后來(lái)項(xiàng)目幾次上馬，又幾次下馬，終于在1973年重新啟動(dòng)。
當(dāng)時(shí)，我是太陽(yáng)塔研制小組組長(zhǎng)。太陽(yáng)塔的光學(xué)設(shè)計(jì)需要用到計(jì)算機(jī)。那時(shí)計(jì)算機(jī)剛在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)不久，我和同事需要每天坐兩個(gè)小時(shí)的公交車到距離南京30多公里的大廠鎮(zhèn)，借用那里的計(jì)算機(jī)。我們一邊計(jì)算一邊學(xué)習(xí)，往往一干就是一天，忙得喝水都顧不上，中午簡(jiǎn)單吃兩口飯就繼續(xù)開(kāi)工。最終，太陽(yáng)塔的光學(xué)設(shè)計(jì)達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用需求。
比設(shè)計(jì)更難的是太陽(yáng)塔的精密機(jī)械部件加工。太陽(yáng)塔的部件是單件生產(chǎn)，加工部件的模具只能用一次，成本較高，因此很多工廠都不愿意生產(chǎn)。
時(shí)任南大天文學(xué)系主任戴文賽先生找到當(dāng)時(shí)的江蘇省委書記匯報(bào)。在省委書記的協(xié)調(diào)下，那時(shí)候南京市加工力量最強(qiáng)的5個(gè)工廠完成了太陽(yáng)塔各個(gè)部件的生產(chǎn)加工。
1980年，太陽(yáng)塔終于建好，并達(dá)到了當(dāng)時(shí)國(guó)際上同類口徑太陽(yáng)塔的先進(jìn)水平：望遠(yuǎn)鏡空間分辨率達(dá)到1角秒，光譜儀的空間分辨率優(yōu)于2—3角秒，光譜分辨率為14萬(wàn)。
記者：幾十年過(guò)去，我們研制太陽(yáng)觀測(cè)設(shè)備的水平越來(lái)越高?！棒撕吞?hào)”的研制過(guò)程順利嗎，遇到過(guò)哪些難題？
方成：研制衛(wèi)星上的儀器一般要經(jīng)歷三步：做原理樣機(jī)，做初樣機(jī)，正式交付正樣機(jī)、安裝到衛(wèi)星上。“羲和號(hào)”從立項(xiàng)到發(fā)射只有兩年左右的時(shí)間，時(shí)間緊、經(jīng)費(fèi)少。我們做完技術(shù)論證后，決定直接做正樣，但這實(shí)在太難了。
最緊急的一次經(jīng)歷發(fā)生在2021年6月。那時(shí)，我們到負(fù)責(zé)研制“羲和號(hào)”載荷的中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所去驗(yàn)收儀器，結(jié)果發(fā)現(xiàn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的曝光時(shí)間太短，只有20微秒左右。這會(huì)影響圖像質(zhì)量，我們希望曝光時(shí)間能延長(zhǎng)到5—10毫秒。我們跟長(zhǎng)春光機(jī)所提出，一個(gè)月內(nèi)要更換濾光片，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。但到底能不能達(dá)標(biāo)，我們并沒(méi)有把握。
長(zhǎng)春光機(jī)所的同志們對(duì)我們的意見(jiàn)很尊重，一個(gè)月內(nèi)真的做出來(lái)了。為了檢測(cè)實(shí)際觀測(cè)效果，當(dāng)年7月13日，我們把儀器從長(zhǎng)春送到南京做檢測(cè)。此時(shí)距離發(fā)射只有3個(gè)月了，時(shí)間非常緊張。
不巧的是，那時(shí)正好是南京的梅雨季。13、14日兩天都下雨，無(wú)法觀測(cè)太陽(yáng)。到了15日，天終于放晴，我們趕緊把儀器拉出來(lái)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)指標(biāo)符合我們的設(shè)計(jì)要求，一顆心終于落了地。當(dāng)天晚上，我們立即將儀器運(yùn)送到上海組裝，進(jìn)行電學(xué)穩(wěn)定性等測(cè)試。一個(gè)月后，衛(wèi)星各項(xiàng)性能基本穩(wěn)定，并于10月14日按計(jì)劃順利發(fā)射升空。
記者：“羲和號(hào)”的研制，對(duì)研究團(tuán)隊(duì)青年人才的成長(zhǎng)有什么意義？
方成：1973年我負(fù)責(zé)研制太陽(yáng)塔的時(shí)候，只是助教。其他幾個(gè)參與研制的教師，平均年齡不超過(guò)30歲，但學(xué)校大膽地讓我們嘗試。在“羲和號(hào)”的研制過(guò)程中，我們也給青年人提供了一個(gè)施展才能的平臺(tái)，讓他們參與高水平太陽(yáng)探測(cè)設(shè)備的研制。在這個(gè)過(guò)程中，他們學(xué)會(huì)了如何在基礎(chǔ)研究中提煉太陽(yáng)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)指標(biāo)。也有一些研究生參與了“羲和號(hào)”的數(shù)據(jù)分析軟件研究。這些學(xué)生畢業(yè)后繼續(xù)從事太陽(yáng)相關(guān)的研究。我希望未來(lái)能有更多的年輕人投入到我國(guó)的太陽(yáng)探測(cè)事業(yè)中來(lái)。
致青年科技人才
一流的天文學(xué)家既要懂天文研究，又要有天文探測(cè)設(shè)備的研制經(jīng)驗(yàn)。天文學(xué)是觀測(cè)科學(xué)，沒(méi)有觀測(cè)設(shè)備，研究就無(wú)法深入開(kāi)展。
在研究中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)需要哪些技術(shù)支撐。根據(jù)實(shí)際需要提煉出探測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)指標(biāo)，繼而通過(guò)研制探測(cè)設(shè)備捕捉到天文信號(hào)，再?gòu)奶煳男盘?hào)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，才能提高研究水平，體現(xiàn)研究的原創(chuàng)性。好的科研要做到人無(wú)我有。
寫論文固然重要，但如果只是使用別人的觀測(cè)數(shù)據(jù)做工作，就不可能超越別人做一流的研究，更談不上領(lǐng)先。中國(guó)的太陽(yáng)探測(cè)，一定要獨(dú)立研發(fā)出自己的、有特色的探測(cè)設(shè)備。
年輕人需要經(jīng)受各種磨煉。從事天文研究的年輕人要有參與大的天文探測(cè)設(shè)備研制的經(jīng)歷。希望年輕人到大風(fēng)大浪里鍛煉自己，不怕苦、不怕累，不要太計(jì)較個(gè)人得失。
——方成
（科技日?qǐng)?bào)記者 金鳳）
