专访中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”首席科学家：不到一分钟，就可给太阳“做次CT”

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【环球时报报道 记者 李迅典】作为我国首个太阳专属“摄影师”，中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”自2021年10月14日发射以来，已开创5项国际突破，生成科学数据约1.2Pbit。这颗以中国太阳女神命名的卫星正在距地球平均高度为517公里的太阳同步轨道上，以平均每95分钟绕地球一圈的速度持续运行。“羲和号”首席科学家、南京大学教授丁明德日前在接受《环球时报》记者采访时用CT扫描形象地比喻称：“羲和号”不到一分钟就可以给整个太阳大气做一次具有300多层切片的三维CT成像观测。不仅如此，中国更多太阳探测计划也正加速推进。

“羲和号”示意图 （受访者供图）

太阳专属的中国牌“CT扫描仪”

在浩渺太空中，传统卫星的微振动问题长期困扰着高精度观测。丁明德对记者说：“传统卫星平台存在微振动‘难测、难控’的技术难题，平台舱飞轮、陀螺等活动部件的振动会不可避免地传递至载荷舱，造成相机观测质量下降。”

“而‘双超’卫星平台突破传统卫星平台微振动‘难测、难控’的技术瓶颈。我们采用磁浮控制技术，将平台与载荷的物理接触彻底隔绝，确保载荷成像不受平台扰动的影响。”丁明德解释道。

这项革命性设计采用“动静隔离非接触”总体设计，通过磁浮控制技术将平台舱与载荷舱物理隔离。振动源集中于平台舱，而太阳Hα光谱仪置于载荷舱，通过非接触磁悬浮技术彻底隔绝振动传递。该设计使载荷控制精度和稳定度提升两个数量级，达到国际顶尖水平。

“这是国际上首次实现‘载荷舱主动控制、平台舱从动控制’的主从协同控制方案。”丁明德强调，该技术的突破不仅解决了姿态和位置动力学耦合问题，还实现了舱间无线能源传输、舱间激光通信等多项卫星平台新技术验证。

而另一项原创技术同样耀眼，丁明德表示，“羲和号”搭载的原子鉴频太阳测速导航仪在国际上首次在轨采用原子鉴频原理，利用钠原子自身的超精细光谱作为频率标准，经在轨实测导航仪的测速精度优于2米/秒，为深空探测提供了新型测速手段。

谈及技术前景，丁明德对《环球时报》记者表示：“未来双超平台技术将在高分辨率遥感、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中得到推广应用，推动我国空间技术的跨越式发展。”

首次绘制太阳自转三维图

2023年，“羲和号”传回的数据颠覆了人们对太阳自转规律的认识。“我们首次绘制出了太阳大气较差自转的三维图像，发现太阳大气的自转速度从里到外呈现出逐渐增加的‘反常’规律。”丁明德表示。

对于这一反常识现象，丁明德解释称：“太阳是一个包含电离气体即等离子体的球体，正常情况下自转速度从里到外应该逐渐下降。探测到的‘反常’自转规律体现了太阳大气与磁场相互作用的复杂性。”研究团队还发现，这种反常现象源于“小尺度磁场的拖曳效应（即磁冻结效应）”，不同层次的等离子体具有不同的电离度，导致不同的拖曳效应。

2024年“羲和号”的另一项科学发现也震动国际学界——捕捉到罕见的X1级白光耀斑。丁明德对《环球时报》记者表示：“白光耀斑的最大科学难题是其加热和辐射机制，学界长期存在争议。初步研究发现其加热和辐射无法用现有理论模型解释，这表明可能存在新的加热机制。”这类耀斑的能量可穿透光球层，为研究太阳爆发在大气中的传输规律提供了珍贵样本。

特别值得关注的是，“羲和号”实现了国际上首次在轨同时获取太阳Hα谱线、Si Ι谱线和Fe Ι谱线的精细结构。丁明德说：“这是人类首次观测到真实的Si I谱线，地面观测时该谱线与地球大气水线重叠而被完全掩盖。”三条谱线形成于太阳大气不同层次：Si I线最低（光球层），Fe I线居中，Hα线最高（色球层）。它们共同构建了太阳大气的立体图谱。

基于这些突破性成果，“羲和号”每46秒完成一次376个波长点的全日面扫描，获得1600万个日面点的高分辨光谱信息，使科学家能反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度场，将太阳活动研究推进至前所未有的精度。

数据共享推动全球太阳研究

据丁明德介绍，目前在南京大学太阳科学数据中心，全球科研人员可自由获取“羲和号”的观测资料。“目前已有美、德、英、日等15个国家的科研团队下载使用‘羲和号’观测数据。”这种开放共享模式也是国际太阳物理界的惯例。

2023年，国际权威期刊《天体物理学杂志快报》发布“羲和号”成果专辑，集中收录18篇学术论文。“这是基于中国天文观测设备的相关成果首次在该期刊发表专辑”，丁明德强调，“羲和号”使中国首次拥有自主特色的太阳观测资料。

目前，“羲和号”正与我国的另一颗探日卫星“夸父一号”、美国的SDO和IRIS、欧洲的Solar Orbiter等卫星开展联合观测研究，产出丰富科学成果。丁明德分析称，当前美欧太阳卫星主要观测高能X射线、极紫外波段及磁场，而“羲和号”在光学波段的光谱探测成为多波段研究不可或缺的一环。

这种互补性使“羲和号”数据成为国际太阳研究的基石。至今，基于其观测数据的研究论文已达70余篇，涵盖太阳爆发三维动力学、太阳大气波动、暗条振荡等前沿领域。目前卫星数据已接入国家空间天气监测预警中心，实现业务化应用，为空间天气预报提供关键支撑。

是新起点，也是新征程

面对4年积累的原始数据，丁明德向《环球时报》记者透露：“我们准备利用人工智能方法分析这些数据，发掘未被发现的科学信息，同时将太阳作为恒星研究标本，通过研究太阳活动规律，可拓展至恒星活动研究，这些研究对寻找太阳系外类地宜居行星具有重要科学意义。”

丁明德表示：“目前我国正在启动‘羲和二号’日地L5点的太阳立体探测卫星工程，以及‘夸父二号’太阳极轨天文台计划。”

面对国际竞争态势，丁明德表示：“美国和欧洲也在部署类似的计划，这意味着我国太阳探测有望从观望到跟跑，再到与发达国家竞跑的行列。”他给出两点建议：“一是需要进一步提高探测器的技术水平，二是需要抢占L5和极轨等太阳探测的黄金制高点。”

随着太阳活动高峰期的到来，空间天气预警更显迫切。丁明德强调了“羲和号”的应用价值：“可以用于太阳爆发活动的监测，为空间天气预报提供重要的观测依据，从而避免灾害性空间天气对人类高科技活动产生的潜在危害。”

从日地L5点探测到太阳极轨探测再到太阳抵近探测，中国后续太阳探测计划已蓄势待发。从神话中的太阳女神到现代空间探测，从地面观日到太空探日，“羲和号”不仅开启了中国的空间探日时代，更在人类探索太阳奥秘的征程中刻下了中国坐标。