“羲和號(hào)”衛(wèi)星示意圖。上海航天技術(shù)研究院供圖 制圖：沈亦伶
面前是一片光與火的海洋。烈焰洪流一般奔涌著、噴發(fā)著，無(wú)聲澎湃在恒星的表面。
太陽(yáng)是如此巨大，33萬(wàn)個(gè)地球相加，才能達(dá)到一個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量。事實(shí)上，太陽(yáng)占去太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.87%。我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不在經(jīng)受它的吸引，無(wú)時(shí)無(wú)刻不被它光熱的潮水撫摸。我們賴以生存的食物、能源，乃至大氣的流動(dòng)，無(wú)不直接或間接得益于太陽(yáng)的饋贈(zèng)。它恒定不變地澎湃在1.5億公里之外，燃燒著、噴發(fā)著，似乎亙古如斯，永無(wú)枯竭。
在南京大學(xué)的校園里，有一群人，一直在關(guān)注著太陽(yáng)。在積蓄了半個(gè)多世紀(jì)的力量之后，他們把中國(guó)“觀日之眼”送入太空。
在中國(guó)科學(xué)院方成院士的眼中，太陽(yáng)的光芒里充滿了未知。為什么有如此巨量日冕物質(zhì)拋射？為什么太陽(yáng)有活躍周期？為什么太陽(yáng)南北極磁場(chǎng)會(huì)調(diào)轉(zhuǎn)？
方成今年84歲，仍思維敏捷、精神飽滿，奔忙在工作一線。他親歷了中國(guó)對(duì)太陽(yáng)研究的從無(wú)到有，從搭建觀測(cè)塔到升級(jí)天文臺(tái)。他領(lǐng)銜把中國(guó)第一顆太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星“羲和號(hào)”送入太空。在方成院士和他的團(tuán)隊(duì)看來(lái)，“羲和號(hào)”是中國(guó)探日從地面跨入太空最堅(jiān)實(shí)的一級(jí)臺(tái)階。
攻關(guān)
“那我們發(fā)一顆衛(wèi)星到太空去看?！蹦暇┐髮W(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院80后教授李川，仍記得第一次聽(tīng)方成院士講衛(wèi)星設(shè)想的情景。那時(shí)，大家都覺(jué)得難以置信。
從來(lái)都是在地面研究太陽(yáng)，用國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)公開(kāi)的數(shù)據(jù)找方向，最大膽的想法也不過(guò)是升級(jí)望遠(yuǎn)鏡，追趕別人的觀測(cè)條件?！跋葎e說(shuō)一個(gè)如此龐大的衛(wèi)星觀測(cè)項(xiàng)目需要多少錢(qián)，就說(shuō)一次火箭發(fā)射要多少成本？”大家不敢想。
方成從來(lái)是個(gè)敢想敢干的人。1955年，方成來(lái)到南京大學(xué)讀書(shū)，當(dāng)他參觀紫金山天文臺(tái)時(shí)，了解到我國(guó)的天文觀測(cè)設(shè)備，只能用“一窮二白”來(lái)形容。最大的設(shè)備，也不過(guò)是一架1924年購(gòu)于德國(guó)的60厘米直徑的天文望遠(yuǎn)鏡。那時(shí)，師生們最大的心愿，是建一座自己的太陽(yáng)塔望遠(yuǎn)鏡。
誰(shuí)也沒(méi)想到，項(xiàng)目自1958年上馬，歷經(jīng)22年，終于在以方成為首的團(tuán)隊(duì)手中完成。這期間，項(xiàng)目因種種原因多次中斷，但方成他們又一次次推動(dòng)項(xiàng)目重新上馬。資料沒(méi)有，自己研究；缺少經(jīng)費(fèi)，工地搭茅棚；好不容易買(mǎi)來(lái)幾方木料，租不起車，師生用板車?yán)?/p>
1979年秋天，一座小巧別致的穹頂塔臺(tái)矗立在南京孝陵衛(wèi)的荒山上，中國(guó)第一次擁有了自己的太陽(yáng)觀測(cè)塔。觀測(cè)到清晰的太陽(yáng)成像，收集到清晰的太陽(yáng)光譜，中國(guó)對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)研究大踏步走上了軌道。
方成自小就在向天空仰望。抗戰(zhàn)時(shí)期，父母離開(kāi)上海避亂，方成出生在昆明。他記憶里，每當(dāng)警報(bào)響起，敵軍飛機(jī)從天邊飛來(lái)轟炸城區(qū)。那時(shí)，他的志向是做飛機(jī)設(shè)計(jì)師。后來(lái)，陰差陽(yáng)錯(cuò)學(xué)了天文，他向天仰望的目光卻從此投射得更遠(yuǎn)。
他深知，加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)研究，中國(guó)遲早要邁出這一步。早年他大學(xué)畢業(yè)后去北京深造，當(dāng)時(shí)趙九章等學(xué)界前輩正推動(dòng)中國(guó)的衛(wèi)星上天。他們認(rèn)識(shí)到“日地關(guān)系”的重要和科研欠缺，建議方成專注于這方面的研究。
如今，中國(guó)的太空事業(yè)，已經(jīng)從資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星，走向載人航天。一個(gè)航天大國(guó)，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，是多么緊迫又勢(shì)在必行！
太陽(yáng)每時(shí)每刻都在發(fā)生著氫、氦核聚變。局部忽然增亮的爆發(fā)稱為耀斑。一個(gè)中等強(qiáng)度的耀斑，就相當(dāng)于百億顆原子彈爆炸的能量釋放。更巨大的爆發(fā)稱為日冕物質(zhì)拋射，以十億噸計(jì)的物質(zhì)噴射向行星際空間。一旦遭遇，高能粒子、電磁暴等將襲向地球，小則影響信鴿方向和導(dǎo)航，大則危及航天員安全、破壞電子器件、損毀衛(wèi)星、造成停電。
對(duì)太陽(yáng)的重視，總與航天步伐一致。至今，世界各國(guó)已先后發(fā)射了70多顆太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星。其中，“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器正在試圖更近地觸摸太陽(yáng)，距離太陽(yáng)最近時(shí)僅約9個(gè)太陽(yáng)半徑。
方成在多年的國(guó)際合作中看到差距，也在差距中對(duì)未來(lái)的路有了清晰認(rèn)識(shí)。2004年，他提出與國(guó)外合作，共同研制太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星，但因外方資金不足而擱置。再一次，國(guó)內(nèi)一箭五星計(jì)劃又因故放棄。但方成沒(méi)有氣餒。一次次嘗試，他帶出更有探天積淀的隊(duì)伍。在中國(guó)向天外進(jìn)發(fā)的腳步中，探日的時(shí)機(jī)正在臨近。
出征
沉沉夜色中，隨著長(zhǎng)征二號(hào)火箭點(diǎn)火，光焰如激流噴射而出，箭身穩(wěn)穩(wěn)升起旋即沖天而去，很快成了蒼穹上一顆亮點(diǎn)。2021年10月14日，“羲和號(hào)”從太原衛(wèi)星發(fā)射中心一飛而起，奔向太空。
當(dāng)時(shí)，方成和團(tuán)隊(duì)都守在發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)。從“羲和號(hào)”2019年6月立項(xiàng)，到跟隨火箭一飛沖天，僅僅過(guò)去了兩年時(shí)間。中國(guó)的探日進(jìn)度，加速?gòu)牡孛婵缛胩铡?/p>
“羲和號(hào)”衛(wèi)星除了太陽(yáng)成像，更主要的功能是利用中性氫原子譜線進(jìn)行全日面光譜掃描。此前，全世界尚未在太空中探測(cè)過(guò)這條Hα光譜。而通過(guò)這條譜線，可以巧妙反推出太陽(yáng)的溫度、密度等，進(jìn)而能研究太陽(yáng)大氣，了解爆發(fā)機(jī)理，對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)做出預(yù)報(bào)。
同時(shí)，衛(wèi)星還將承擔(dān)技術(shù)試驗(yàn)的“特別使命”。由于要掃描整個(gè)日面組成一張完整太陽(yáng)像，必須讓衛(wèi)星具備超高對(duì)準(zhǔn)精度與超高穩(wěn)定性。而衛(wèi)星在飛行中如何不產(chǎn)生振動(dòng)？恰好，上海航天技術(shù)研究院鑄就了一件“利器”。如果把衛(wèi)星平臺(tái)艙比作無(wú)人機(jī)，那么裝有鏡頭的平臺(tái)就是載荷艙，中國(guó)首創(chuàng)以磁懸浮的方式讓平臺(tái)艙和載荷艙分離，帶來(lái)了前所未有的穩(wěn)定和精度?！棒撕吞?hào)”技術(shù)要求苛刻，正好成為這項(xiàng)技術(shù)的“試車員”。
立項(xiàng)后的節(jié)奏快得讓人喘不過(guò)氣。南京大學(xué)、上海航天技術(shù)研究院和中科院長(zhǎng)春光機(jī)所等單位的團(tuán)隊(duì)為“羲和號(hào)”忙碌起來(lái)。這是一場(chǎng)復(fù)雜的協(xié)同，有的要攻克光學(xué)器件，有的要完成衛(wèi)星開(kāi)發(fā)，有的要對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)定標(biāo)建?！昂芏嗳嗽谀缓鬀](méi)日沒(méi)夜苦戰(zhàn)，一顆衛(wèi)星逐漸成型。”李川說(shuō)。
先是樣機(jī)，測(cè)試調(diào)整，然后是真機(jī)運(yùn)到南京，連接上各種設(shè)備，對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)做最后的檢驗(yàn)。后面還要完成整裝、搭載上箭，僅留出數(shù)天檢測(cè)窗口。沒(méi)想到，調(diào)試準(zhǔn)備好了，南京卻陰雨綿綿，讓人心急如焚。
團(tuán)隊(duì)一直焦慮看著天，烏云沉沉不散。直到最后一天，只聽(tīng)有人喊：“天開(kāi)了！”久違的陽(yáng)光射出，“羲和號(hào)”最后一次在地球大氣層中注視太陽(yáng)。檢測(cè)完畢，萬(wàn)事俱備，只待升空。研制團(tuán)隊(duì)連夜帶著設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)，時(shí)間扣得很緊。
這就是地面觀測(cè)太陽(yáng)的限制。風(fēng)雨陰晴，都會(huì)影響觀測(cè)，每天一半時(shí)間地球的一面都是背對(duì)太陽(yáng)。而“羲和號(hào)”在距地表517公里的天外，繞行地球南北極，可以全天候朝向太陽(yáng)巡看，每46秒完成一張全日面掃描，幾乎每時(shí)每刻都在記錄太陽(yáng)數(shù)據(jù)。
在地面，地球大氣吸收了大部分電磁波，甚至太陽(yáng)活動(dòng)本身也在影響著大氣變化。當(dāng)人們看到星星眨眼，那正是因?yàn)榇髿獾牟▌?dòng)。剝?nèi)ミ@些迷霧，人類將有更多發(fā)現(xiàn)。比如，通過(guò)“羲和號(hào)”，人們第一次看到了太陽(yáng)中硅元素的一條光譜譜線，而在大氣中，這條線被完全遮蔽了。
當(dāng)“羲和號(hào)”傳回首批數(shù)據(jù)，方成心里的石頭總算落地了。但太陽(yáng)成像始終不夠完美。所幸硬件設(shè)計(jì)如今運(yùn)用了多種傳感器，可以遠(yuǎn)距調(diào)控，幾經(jīng)試驗(yàn)找到了最佳位置，獲得了理想的太陽(yáng)Hα光譜和成像。
運(yùn)行一年來(lái)，“羲和號(hào)”已經(jīng)漸入佳境。今年8月30日，國(guó)家航天局發(fā)布“羲和號(hào)”探日近一年成績(jī)單。它不僅傳回海量觀測(cè)數(shù)據(jù)，記錄了近百個(gè)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)，更接連創(chuàng)下5個(gè)國(guó)際首次，驗(yàn)證了“磁懸浮”雙超技術(shù)、空間測(cè)速全新解決方案等的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。
筑路
當(dāng)“羲和號(hào)”隨火箭刺破蒼穹，南京大學(xué)、上海航天技術(shù)研究院、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所等研發(fā)團(tuán)隊(duì)都在現(xiàn)場(chǎng)。他們難得湊這么齊，當(dāng)即開(kāi)會(huì)討論起未來(lái)的“羲和二號(hào)”。
兩年艱辛長(zhǎng)跑，終點(diǎn)成了另一個(gè)起點(diǎn)。下一個(gè)目標(biāo)已經(jīng)倒逼他們爭(zhēng)分奪秒。
在方成的構(gòu)想里，“羲和號(hào)”是跨入太空的一小步，是“開(kāi)胃菜”，是“試驗(yàn)田”，中國(guó)探日的大幕正徐徐拉開(kāi)。“在未來(lái)，我們需要建立立體觀日體系，包括在黃道面觀測(cè)、進(jìn)而建立繞太陽(yáng)極區(qū)觀測(cè)體系，并最終抵近太陽(yáng)……”
實(shí)現(xiàn)愿景，步子得從腳下走起。每7到14年，平均11年，會(huì)有一輪太陽(yáng)黑子的集中爆發(fā)。自有記錄以來(lái)的第二十五個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)活躍周期已經(jīng)開(kāi)始，這對(duì)我國(guó)跟上前沿探日步伐，將是一個(gè)難得的觀測(cè)窗口期。
他們?yōu)椤棒撕投?hào)”選了一個(gè)絕佳觀測(cè)位置。日地之間多個(gè)引力平衡點(diǎn)稱作拉格朗日點(diǎn)，其中L5點(diǎn)與太陽(yáng)和地球的連線呈等邊三角形。如果長(zhǎng)期穩(wěn)定停留在那里，將跳出人類幾乎只能正面觀測(cè)太陽(yáng)的視角，觀測(cè)太陽(yáng)的“側(cè)臉”。由于太陽(yáng)自轉(zhuǎn)，在L5甚至能提前4到5天觀測(cè)到即將波及地球的太陽(yáng)活動(dòng)，也將可以旁觀日地互動(dòng)全過(guò)程。目前，還沒(méi)有人類的飛行器長(zhǎng)期駐留在那里。
太陽(yáng)像一個(gè)巨大的謎，讓探索者無(wú)法停步，無(wú)法移開(kāi)視線，那團(tuán)未知如此令人著迷。他們驚訝于太陽(yáng)的豐富，“目前地球的所有元素，太陽(yáng)上全都有”。但對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)認(rèn)知的有限，讓他們感到心急。在這群“追日人”的努力下，中國(guó)即將構(gòu)建起太陽(yáng)立體探測(cè)體系，那將是一項(xiàng)造福全人類的事業(yè)。
在“羲和號(hào)”升空一年后，中科院先導(dǎo)項(xiàng)目先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星發(fā)射升空，世界最大的直徑2.5米的軸對(duì)稱太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡等也即將建成。而中國(guó)的太陽(yáng)數(shù)據(jù)，已向全球開(kāi)放。
太陽(yáng)是人類目前唯一可以如此接近去探測(cè)、去研究的恒星。人類有一天去往更浩瀚的深空探測(cè)的時(shí)候，來(lái)自太陽(yáng)的經(jīng)驗(yàn)無(wú)比重要。“而我們對(duì)太陽(yáng)的了解，還處在非常淺表的階段?！狈匠烧f(shuō)，“我們這代人是向著太陽(yáng)筑路，大的貢獻(xiàn)在后面，等著后來(lái)的人去完成！”（王漢超）
《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2022年12月05日 20 版）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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