我们为什么要探日

逐日追风，人类自古有之。

身处太阳系之中，人类无法不对太阳系的中心——给地球带来光明与能量的太阳产生好奇和探究欲。

认识与人类关系最密切的恒星太阳“发威”后果很严重

大约46亿年前，在距离银河系中心约2.6万光年之处的螺旋臂上，一团分子云开始在自身的引力作用下坍缩，并逐渐形成了今天我们所熟悉的太阳。

太阳直径约139万千米，质量是地球的33万倍。从古至今，太阳引发了人类太多的思考，我们对这颗耀眼的恒星充满了好奇。

不过，人们最为关心的问题总是绕不开太阳对地球造成的影响。尽管太阳与地球平均距离达1.5亿千米，但一旦太阳“发威”，就会给地球带来不可估量的后果。

2003年10月31日，太阳爆发了一次强磁暴，使欧美的一系列科学卫星都遭受了不同程度的损害，导致全球卫星通信受到干扰，GPS全球定位系统受到影响，定位精度出现了偏差，致使地面和空间一些需要即时通信和定位的交通系统出现不同程度的瘫痪。

究其原因，就是太阳发射出大量带电高能粒子，对地球电磁环境造成严重破坏，其中尤以太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射对地球电磁环境影响最为显著。

太阳黑子存在于太阳光球表面，是磁场的聚集之处，借助现代科技，科学家观测到太阳黑子的数量和位置每隔11年就会出现周期性的变化。

太阳耀斑则是一种强烈的辐射爆炸，是太阳系中最激烈的局地爆炸事件，它所辐射出的光的波长横跨整个电磁波谱。一个中等强度的耀斑，可发射出从伽马射线到无线电波段的强大辐射，总能量相当于10亿～100亿个原子弹爆炸。

日冕物质抛射则是太阳系中规模最大、对地球的影响最为严重的爆发现象，一次爆发能把1亿～10亿吨物质抛射到行星际空间。

太阳的爆发性活动不会像地震、暴雨那样给人类带来直接的、巨大的灾难，但由于人类进入太空时代已经半个多世纪，对各种卫星以及导航、通信等高科技系统的依赖性越来越强，而卫星与高科技系统恰恰会受到太阳活动的直接影响。一旦太阳“发威”，会严重影响航天、导航、定位、通信等高科技系统。因此，对太阳的观测研究具有重要科学意义和实际应用价值。

据计算，太阳一旦发生日冕物质抛射等爆发活动，科学家可以在它影响地球前40个小时以内得到信息，从而及时做出防护，避免可能的破坏。

观测手段不断进步从肉眼到望远镜再到空间探测器

人类对太阳的观测由来已久，广义的观测最早可追溯到上古时代。我国早在汉成帝河平元年（公元前28年）就有了肉眼观测太阳黑子的记录。

对太阳进行系统观测则始于1610年，即伽利略发明天文望远镜后的第二年，人类开始用望远镜观测和记录太阳黑子，开启了科学观测太阳的时代。

经过400多年的发展，尤其自20世纪50年代末进入太空时代以来，通过地基太阳望远镜和天基太阳探测器的联合观测，人类对太阳有了全新认识。

太阳的内部结构可分为核心区、辐射层和对流层，太阳的大气层次可分为光球层、色球层、过渡区和日冕层。我们也在一定程度上理解了太阳活动的周期性、产生太阳磁场的发电机理论、太阳磁场和太阳爆发的内在联系等。

从世界范围来看，自20世纪60年代以来，随着航天技术的快速发展，全世界已发射了70多颗太阳观测卫星，主要集中在美国、俄罗斯、日本等国，聚焦于太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射的观测研究。

例如，1990年发射、首次实现太阳极轨探测的尤利西斯号探测器；2018年发射、首次对太阳进行最近距离抵近探测的帕克太阳探测器；2020年发射、计划首次获取太阳极区图像并近距离探测太阳风等离子体、高能粒子的太阳轨道飞行器等。

随着科学技术的发展，太阳观测卫星的水平越来越高，而且越来越靠近太阳。例如，帕克太阳探测器到太阳表面最近距离只有太阳半径的8.86倍，比水星到太阳的距离还要近。

国际上太阳探测如火如荼，中国的太阳探测计划当然也不能落后。“十三五”期间，国家航天局就组织中国航天科技集团、南京大学、中国科学院等单位研究制定了空间科学研究发展路线图，并且紧锣密鼓地开始实施。

帕克太阳探测器

我国目前已经制定了两个太阳探测计划，分别是“羲和”和“夸父”探测计划，这是太阳探测的中国方案和中国贡献。羲和是中国上古神话中的太阳女神，是掌管时间和历法的太阳神，并以太阳母亲的形象为人们所认知。夸父源自《山海经》，夸父追日，最后化身为夸父山的传说广为人们所熟知。羲和号实现了我国太阳探测的破冰之旅，“夸父”探测计划已纳入中国科学院先导计划。

此外，我国正在论证后续太阳探测发展计划，科学家们希望按照在黄道面（地球绕太阳公转的轨道平面）内多视角探测、大倾角太阳极区探测和太阳抵近观测“三步走”实施，进一步了解太阳的构造，确定太阳活动的三维结构，掌握其机理和活动规律，从而造福人类，趋利避害。

全方位立体探测太阳中国科研团队提出大胆设想

“如果想对太阳进行全方位探测，还需要部署立体探测体系。”中国科学院院士、中国空间技术研究院研究员杨孟飞提出一个大胆设想——全方位立体探测太阳。

人类发射空间探测器探测太阳已有60多年，随着航天技术和载荷的发展，各国的太阳探测已经从日地连线为主的探测升级为太阳抵近或双视角等多种探测方式。通俗点理解，就好比逐步实现了给太阳“拍”近景和用双镜头“拍”太阳等目标，但迄今未实施对太阳的全方位立体探测。

何为立体？根据立体探测系统方案，我国将在黄道面和极轨的5个点上分别部署探测器，对太阳实现“环抱”观测。尤其是极区探测器，需要5年的时间才能飞行到位。这给航天器控制、数据传输等方面都带来极大的挑战。

“羲和”探测计划日地空间探测概念示意图

根据设想，我国将在2035年前后，通过两次发射任务（分别为一箭三星、一箭两星）构建起环绕黄道面和太阳极区的全方位立体探测体系，实现立体探测。在设想提出前，团队对现有技术实力、实现路径、具体方案等进行了充分论证。

立体探测的每组探测器质量大约为3 500千克，有效载荷400～600千克。利用多天体借力技术、高效推进舱和电推进技术等航天技术，中国有能力实现探测器的超远飞行和准确入轨。预计发射后3年，太阳立体探测系统将具备太阳中低纬度区域全覆盖和连续观测能力，发射后5年具备太阳全方位立体探测能力。

“太阳立体探测项目将是融合空间科学、空间技术、空间应用的系统工程。”杨孟飞说。它的建立将促进太阳物理科学研究、空间天气预报应用和航天技术等学科的交叉与融合，解决太阳物理前沿科学问题，提高太阳活动和空间天气预报能力，推动我国太阳空间探测领域实现跨越式发展。