? ? 我國第一顆綜合性太陽探測(cè)衛(wèi)星——先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)（ASO-S），即將進(jìn)入正樣研制階段。目前，衛(wèi)星的工程樣機(jī)研制已經(jīng)接近完成，有望于2022年發(fā)射升空。ASO-S主要科學(xué)目標(biāo)為研究“一磁兩暴”，即太陽磁場(chǎng)以及兩類最劇烈的太陽爆發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射。屆時(shí)，ASO-S將詳細(xì)記錄第二十五個(gè)太陽活動(dòng)周的“太陽風(fēng)暴”，并及時(shí)預(yù)報(bào)太陽爆發(fā)對(duì)地球的可能影響。

????“ASO-S將搭載3臺(tái)不同功能的太陽探測(cè)望遠(yuǎn)鏡，一個(gè)是全日面矢量磁像（FMG），專門觀測(cè)太陽磁場(chǎng)；一個(gè)是硬X射線成像儀，專門觀測(cè)太陽耀斑；一個(gè)是萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡，專門觀測(cè)日冕物質(zhì)拋射?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺(tái)FMG載荷團(tuán)隊(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，作為ASO-S的一個(gè)重要組成部分，F(xiàn)MG的測(cè)量目標(biāo)將是太陽物理學(xué)中的“第一觀測(cè)量”——磁場(chǎng)。

無論是黑子、太陽耀斑亦或日冕物質(zhì)拋射，它們的根源都是太陽磁場(chǎng)。

（圖片來源：中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)公號(hào)）

????令人著迷的太陽磁場(chǎng)

????1908年，美國太陽物理學(xué)家海爾首次觀測(cè)到太陽磁場(chǎng)。隨著太陽磁場(chǎng)的發(fā)現(xiàn)，也開啟了現(xiàn)代太陽物理學(xué)。從此，人類開始密集地探索太陽上各種現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)。一些探索還極大地推動(dòng)了物理學(xué)基礎(chǔ)理論的發(fā)展。

????太陽磁場(chǎng)中儲(chǔ)存著巨大的能量。當(dāng)磁場(chǎng)演化到一定階段后，太陽就像是被觸怒了一樣，突然將這些能量一股腦地傾瀉出來。太陽上大體存在兩類這種大規(guī)模的爆發(fā)性磁活動(dòng)現(xiàn)象：耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

????FMG載荷團(tuán)隊(duì)研究員蘇江濤表示，太陽極其復(fù)雜的磁場(chǎng)也引發(fā)了許多令人著迷的顯著特征，比如太陽黑子等?！巴ㄟ^望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家可以觀測(cè)到簡(jiǎn)單的偶極活動(dòng)區(qū)在日面上面積不斷變大的演化過程。通過磁流體力學(xué)（MHD）模擬，能夠看到與活動(dòng)區(qū)相關(guān)的磁力線從太陽內(nèi)部浮現(xiàn)出來，不斷向上膨脹，穿過光球?qū)?、色球?qū)?、過渡區(qū)和日冕。”

????太陽活動(dòng)區(qū)以外的區(qū)域被稱為寧靜區(qū)。隨著望遠(yuǎn)鏡空間分辨率、時(shí)間分辨率的提高，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽上的寧靜區(qū)其實(shí)并不寧靜。有許多小尺度活動(dòng)現(xiàn)象都與寧靜區(qū)的磁場(chǎng)變化有關(guān)，比如在光球?qū)涌梢钥吹矫琢＝M織的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，在色球?qū)涌梢钥吹结槧铙w的運(yùn)動(dòng)和演化等等。

????“正是太陽的磁場(chǎng)及其活動(dòng)導(dǎo)致了黑子周期、太陽爆發(fā)以及日冕加熱。因此，測(cè)量太陽磁場(chǎng)是太陽物理學(xué)者最重要的使命之一，也是必須完成的任務(wù)?！碧K江濤表示。

????觀測(cè)從地基到太空

????雖然人類對(duì)太陽的觀測(cè)有著悠長(zhǎng)的歷史，但對(duì)它的真正深入理解則始于上個(gè)世紀(jì)初。

????一個(gè)多世紀(jì)以來，海爾所開創(chuàng)的利用塞曼效應(yīng)測(cè)量光球磁場(chǎng)的方法一直被人們所沿用。今天我們已經(jīng)能夠?qū)θ彰娴墓馇蚴噶看艌?chǎng)進(jìn)行較高精度的測(cè)量。在中國，艾國祥院士創(chuàng)建的國家天文臺(tái)懷柔太陽觀測(cè)基地對(duì)光球磁場(chǎng)測(cè)量也作出了重要的貢獻(xiàn)。這些磁場(chǎng)測(cè)量大大促進(jìn)了我們對(duì)太陽爆發(fā)機(jī)制的理解。

????直到1990年，歐洲、美國、日本陸續(xù)發(fā)射了可用于觀測(cè)太陽磁場(chǎng)的空間衛(wèi)星，人類對(duì)于太陽的觀測(cè)開始進(jìn)入到空間觀測(cè)時(shí)代。FMG載荷團(tuán)隊(duì)研究員鄧元勇表示，“相較于地基觀測(cè)，空間觀測(cè)能夠連續(xù)、穩(wěn)定地獲得數(shù)據(jù)”。

????1995年，美國搭載了測(cè)量太陽速度場(chǎng)和磁場(chǎng)觀測(cè)儀器的SOHO衛(wèi)星發(fā)射入軌，人類擁有了真正意義上的首個(gè)空間太陽磁場(chǎng)觀測(cè)設(shè)備；2006年，我國懷柔太陽觀測(cè)基地的全日面矢量磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡，觀測(cè)到了世界上第一張全日面矢量磁圖。同年，日出衛(wèi)星發(fā)射成功，人類首次用50厘米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行空間太陽光學(xué)和磁場(chǎng)觀測(cè)；2010年，空間矢量磁場(chǎng)觀測(cè)的主角變成美國的SDO衛(wèi)星；到2022年，這一主角將是我國的ASO-S衛(wèi)星。

????全日面矢量磁像儀的重任

????在19世紀(jì)40年代，德國的藥劑師、業(yè)余天文愛好者施瓦布在經(jīng)過長(zhǎng)期觀測(cè)后，發(fā)現(xiàn)太陽黑子數(shù)存在周期性的變化。從太陽活動(dòng)峰年到谷年再到峰年，大約是11年。而在總結(jié)了以前的觀測(cè)資料后，科學(xué)家把1755-1766年定義為第一個(gè)太陽活動(dòng)周。2021—2022年正處于第25個(gè)太陽活動(dòng)周期的開始階段，太陽黑子將越來越多，太陽磁場(chǎng)也會(huì)越來越強(qiáng)，太陽的爆發(fā)會(huì)增加，預(yù)期在2025年前后達(dá)到峰值。

????與國際上之前的70多顆太陽探測(cè)衛(wèi)星相比，ASO-S衛(wèi)星最大的特點(diǎn)是要實(shí)現(xiàn)?“一磁兩暴”的科學(xué)目標(biāo)，即在一個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)上同時(shí)觀測(cè)太陽磁場(chǎng)、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射，研究它們?nèi)咧g的關(guān)系。

????“ASO-S衛(wèi)星2022年發(fā)射應(yīng)該是一個(gè)非常好的時(shí)機(jī)，能夠觀測(cè)到一個(gè)較為完整的太陽周期?！编囋卤硎?，作為觀測(cè)太陽“第一觀測(cè)量”的儀器，ASO-S搭載的全日面矢量磁像儀，與SDO衛(wèi)星上的日震和磁成像儀相仿，但具有相對(duì)更好的磁場(chǎng)測(cè)量精度，將用于全日面太陽矢量磁場(chǎng)的高時(shí)間分辨率、高空間分辨率和高靈敏度測(cè)量。

????FMG基于雙折射濾光器，相較于日出衛(wèi)星的Stokes參數(shù)儀，具有更大的視場(chǎng)、更高的觀測(cè)效率和時(shí)間分辨率；相較于SDO衛(wèi)星和SOHO衛(wèi)星的磁像儀，觀測(cè)模式簡(jiǎn)單，磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度高。FMG觀測(cè)的原始數(shù)據(jù)是偏振信號(hào)，需要將原始數(shù)據(jù)校正、定標(biāo)、反演后才能獲得矢量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。

????鄧元勇表示，ASO-S衛(wèi)星成功發(fā)射后，F(xiàn)MG獲得的矢量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)可以幫助我們深入理解耀斑和日冕物質(zhì)拋射過程中的磁能傳輸、積累和釋放問題，并為空間天氣事件預(yù)報(bào)提供觀測(cè)基礎(chǔ)。

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