换个角度看太阳，“羲和二号”有绝招

我国羲和二号探测器计划于2028～2029年间择机发射，前往日地拉格朗日L5点，探索太阳系未知疆域，开展长期稳定的太阳观测与行星际空间环境探测。那么，观测太阳究竟有哪些重要的科学意义与应用价值？“羲和二号”选择部署轨位背后，考虑到哪些因素？它又将搭载哪些先进载荷，实现哪些关键观测目标呢？

研究太阳曾拯救过人类？

顾名思义，“羲和二号”是我国“羲和家族”的第二位成员。自2021年起，作为我国首颗太阳探测科学技术试验卫星，“羲和号”在轨稳定运行，持续“捕捉”太阳大气活动的精细特征，积累了海量科学数据，取得了多项国际开创性成就。与此同时，其他国家航天科研人员同样密切关注太阳，发射了一系列太阳探测器。

那么，有哪些奥秘和价值“潜藏”在太阳身上，吸引着人类孜孜以求呢？

太阳探测器载荷舱效果图

原来，太阳是地球的光与热之源，孕育了地球的宜居环境，但太阳释放的能量并非恒定不变的，而是频繁出现太阳黑子、耀斑、日冕物质抛射等现象，持续向太空中抛射高能粒子与等离子体，深刻影响地球环境。

事实上，这种影响并非仅存在于遥远的宇宙空间，人类曾经切身体会过惊险案例——太阳风暴险些引发核战争。

1967年5月，正值冷战白热化时期，美国监测苏联战略导弹发射迹象的多套预警雷达系统竟然在同一时间全部失灵了。紧张的美军认定，雷达遭到了苏联电子干扰，这很可能是核战争的“预兆”。因此，美国核武器瞄准苏联，毁灭性核战争的按钮几乎就要被按下。千钧一发之际，科学家及时证实：预警雷达失灵并非源于军事袭击，而是一次极强的太阳耀斑引发的。这起惊悚的乌龙事件直接推动了美国加强对太阳活动的系统性研究。

后续研究发现，剧烈的太阳风暴一旦冲击地球磁场，不仅会干扰导航、通信等不同用途的卫星信号，还有可能对电网等地面基础设施构成严重威胁。科学家归纳总结观测数据后确认，太阳活动以约11年为周期，其对地球的影响被称为“空间天气”。就像我们依据天气预报安排日常出行与生产生活，空间天气预报对于保障航天活动安全、天地通信畅通、地面基础设施运转等是至关重要的。

研究太阳同样具有深远的科学意义。在科学家看来，太阳是天然的“恒星物理实验室”。通过观测太阳，科学家可以验证恒星内部结构理论，探索磁场与等离子体相互作用的奥秘，甚至追溯太阳系的形成与演化历史。

可以说，了解太阳就是了解我们身处的空间环境，也是解开宇宙中无数恒星奥秘的“钥匙”。循着这条道路，人类将一步步认识更多星辰，在漫长的探索征程中，收获一个又一个通往宇宙深处的惊喜。

位置与时间大有讲究

按计划，“羲和二号”将部署于日地拉格朗日L5点附近，距离地球约1.5亿公里。科学家为何要费尽心力地将“羲和二号”送往如此遥远的地方呢？

解释这个问题前，我们先要初步了解：什么是日地拉格朗日L5点？简单来说，日地拉格朗日点包括5个特殊空间位置，航天器在这些位置附近运行时，承受的太阳与地球引力作用会保持平衡。其中，日地拉格朗日L4点、L5点分别与太阳、地球连线构成了等边三角形，在这两点附近部署的航天器维持轨道只需消耗极少的能量。而且，经过适当的轨道调整后，航天器公转周期可以与地球保持一致，便于跟踪测控。

日地拉格朗日 L5点示意图

既然日地拉格朗日L4点、L5点与太阳的距离相同，“羲和二号”为何最终选择L5点？这里又有什么独特的优势呢？

原来，在地球公转过程中，L4点“超前”地球60度，而L5点“滞后”地球60度。如果将地球公转轨道比作“跑道”，地球则是“奔跑的运动员”，那么L5点就像始终跟在地球后方、保持固定角度的“观测员”。这个独一无二的位置有望赋予“羲和二号”无可替代的科学价值。

要知道，太阳的赤道区域自转一周需要约27个地球日，而黑子、耀斑源等太阳活动区也会逐渐转到正对地球的一面。作为“空间天气预报员”，部署在L5点的“羲和二号”很可能提前4～5天观测到太阳活动区，就像从风暴侧面提前看清楚其整体形态，从全新视角紧盯日地空间，以便及时预警。

此外，“羲和二号”还能对太阳爆发进行三维成像，精准判断太阳爆发是否朝向地球。这是从地球视角难以具备的观测太阳本领。

那么，“羲和二号”为什么要选择在2028～2029年间奔赴太空？选择这个时间段又会对其任务产生怎样的影响？

“羲和二号”选择发射时间，一方面要考虑到探测器研制进度，满足执行任务的工程条件。另一方面，预计2028～2029年处于第25太阳活动周峰值过后的下降阶段，此时发射“羲和二号”将是契合科学目标的理想策略，观测优势不逊于峰值期。

因为峰值期太阳活动过于密集、复杂，各类现象相互交织，科学家难以“拆分”单一物理过程。而进入下降阶段后，强太阳风暴等大型爆发事件仍会发生，频率却会降低，更便于科学家精细观测单个太阳活动区，研究磁场、耀斑或日冕物质抛射等完整演化过程，深入解析其物理机制及其对地球影响的规律。

到时候，羲和二号探测器有望成为首个长期驻留在日地拉格朗日L5点的太阳探测器，开启太阳立体探测的新阶段。它将与近地轨道探测器组网协作，形成立体观测体系，同时服务于国际太阳物理联合研究与空间天气预报能力升级，进一步夯实人类探索太阳、守护地球空间环境的能力“根基”。

“高大上”设备能干啥？

日冕、耀斑、太阳风暴等太阳活动纷繁复杂，因此各国研制的太阳探测器普遍会配备多种科学载荷，包括光学与紫外成像光谱仪、日冕仪、磁像仪、高能粒子与等离子体分析仪、X射线和伽马射线探测仪等。这些载荷将协同工作，从成像、磁场、粒子、辐射等多维度入手，实现全波段、立体式探测太阳，力争完整追踪太阳爆发的全过程，为空间天气预警与太阳物理研究提供关键数据。

据公开资料显示，“羲和二号”将采用磁悬浮控制卫星平台，因此具备超高的指向精度与稳定性，有利于抑制微振动干扰，获得更高清的观测图像和更精细的数据信息。

它搭载了日冕仪、太阳风粒子分析仪、太阳望远镜等5类科学载荷，将协同精确测量矢量磁场，尝试绘制太阳爆发的三维结构模型，解答太阳活动区磁场演化与爆发的物理关联问题，还有助于精准预报预警，研究太阳爆发规律与灾害性空间天气的关系等问题。事实上，这些都是太阳物理与空间天气领域亟待突破的核心课题。

探测器“侧视”太阳示意图

具体来说，科学家期待借助“羲和二号”实现三大科学目标。

其一，提前预警有可能威胁地球的太阳风暴，这也是太阳探测任务最有实用价值的意义。毕竟我们或许不在意天边为什么会形成云雨雷电，但我们肯定想知道下一场风暴何时来临。“羲和二号”将担任“太阳风暴预报员”，帮助科学家将高风险空间天气预警“窗口”从目前的1～2天延长到4～5天，为保护航天员、航天器和地面电力、通信等基础设施争取到更多宝贵的应急时间。

其二，揭示日冕加热和太阳风加速的物理机制。科学家形象地比喻称：“太阳就像一锅煮沸的等离子体汤，表面不断翻滚，磁场交织复杂。‘羲和二号’将帮助我们理解，能量如何从太阳内部传输到日冕，太阳风如何获得如此高的速度……”

其三，通过结合“羲和二号”的“侧视”数据和地球视角的观测活动，科学家将首次获得太阳活动的完整三维图像，这对于人类理解太阳爆发的“全貌”至关重要，有助于揭示更多太阳系演化奥秘。

来源/中国航天报、《飞天科普周刊》

编辑/杨斯爽

审核/宿愿

监制/姜军

本文转载自公众微信号：中国航天科普

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