太阳探测的国际竞赛

深蓝色的畅想

无论对于科学技术的发展，还是国家安全，太阳探测都是如此重要，已经成为各国天文学界、空间物理学界等领域的竞争焦点。

相较于天文学其他领域，太阳观测的特点具体可以简述为“三高一精加成像”，也就是高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率、精确的偏振（磁场）测量、成像观测，当然天文学其他领域的观测也同样强调这些指标，不过那些指标往往比太阳观测追求的指标有数量级、甚至很多个数量级的差别。太阳物理研究也正在和其他天文学科进行广泛和深入的交叉。例如将太阳发电机模型的概念引入到恒星、星系发电机过程用于解释恒星和星系的磁场起源和演化；用太阳耀斑标准模型和日冕物质抛射的概念来解释恒星耀发和星冕物质抛射；将日地相互作用模型应用到理解系外行星大气中生命信号探索。太阳物理研究是能够从物理学的基本原理和方程出发，从头构建描述等离子体中三维辐射磁流体模型的研究学科。

太阳观测永远都在追求高时间分辨率来看清演化的详细过程，追求大口径以提高分辨率来看清演化的空间细节，追求高光谱分辨率以探寻更细致的太阳大气辐射过程，追求高偏振精度以获得更精确的太阳磁场测量结果。

为了达到这样的目的，各国科研人员都使出了浑身解数。

在地球上，地面太阳观测具有升级灵活、成本较低、可持续性强的特点。进入21世纪，国际上已经有数台一米级的太阳光学望远镜投入运行，包括瑞典1米SST、我国1米NVST、德国1.5米GREGOR等。目前国际上最先进的地基太阳望远镜是美国的4米DKIST。它已经开始试运行，预计将是未来10年国际最重要的太阳光学观测设备。我国即将投入试观测的1米中红外望远镜AIMS将在磁场测量精度方面居于国际领先水平，相关科学成果同样值得期待。未来规划方面，可以媲美或者超越DKIST的项目以我国的8米CGST、欧洲4米EST为代表，但均处于推进立项阶段。

但地球大气会对天体辐射有吸收作用，甚至导致很多波段在地面无法开展观测；大气湍流会限制观测分辨率及降低测量精度；昼夜交替导致观测不连续……为了弥补这些短板，空间天文观测已经成为了未来竞争的主舞台。

空间观测对天文学而言有无与伦比的优越性——连续、稳定、全波段、分辨率和观测精度不受大气影响等。空间太阳探测伴随着人造卫星上天而兴起，到20世纪90年代进入黄金时期，多个重量级太阳卫星发射，取得诸多重要科学成果。近年来，随着帕克太阳探测器PSP首次实现深入太阳大气层探测、太阳轨道器Solar Orbiter实现偏离黄道面的成像观测，太阳观测研究将进入一个新的发展时期。

这里，我们想着重介绍中国的太阳物理研究。日前成功发射的太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，就是我国太阳探测的重要成果之一。改革开放四十多年来，我国太阳物理研究水平已经从跟踪发展到了并行、局部先进的地步。20世纪80年代开始，以我国科学家自主研制的具有国际先进水平的太阳磁场望远镜为引领，并配合其他一些各具特色的观测设备，中国的太阳物理逐步跻身国际先进行列，综合研究实力位列前茅。与其他国家相比我国太阳物理研究尤其是地基实测太阳观测研究形成了独立自主的观测能力，较少有“卡脖子”技术，甚至能向国外同领域输出先进的太阳观测设备和仪器。

但也要承认，与国际空间太阳探测的最高水平相比，我国的空间太阳探测与国际差距巨大——虽然我国科学家曾相继提出了观测太阳的“天文卫星1号”计划、“空间太阳望远镜”计划、在日地拉格朗日L1点对太阳进行综合探测的“夸父”计划，但这些计划终因各种原因未能实施。

但我们已经开始追赶的脚步——我国的风云气象卫星已发布了中国第一次的太阳极紫外观测图像，借助“双超”高技术卫星平台搭载太阳Hα望远镜的“羲和号”已经成功升空，这些事件标志着我国开始了追赶国际先进行列的历程。2017年，中科院空间科学先导专项正式启动了“先进天基太阳天文台”卫星工程ASO-S项目。目前，ASO-S项目已经转入正样研制阶段，将于2022年发射。