原標題：為太陽空間觀測貢獻“中國視角”

方成，中國科學院院士，天體物理學家。主持研制中國第一座塔式太陽望遠鏡；主持建成我國光學近紅外太陽爆發(fā)探測望遠鏡（ONSET）；作為科學總顧問，提出并參與我國首顆太陽探測衛(wèi)星“羲和號”衛(wèi)星的研制。曾獲國家科技進步獎二等獎、國家自然科學獎三等獎等。

今年2月以來，基于“羲和號”的觀測數(shù)據(jù)產出的科研成果接連見諸國際期刊：南京大學太陽物理團隊借助“羲和號”再現(xiàn)太陽暗條爆發(fā)三維動力學過程；北京大學、南京大學、云南大學、中國科學院云南天文臺的科學家團隊合作，利用“羲和號”衛(wèi)星的Hα（氫阿爾法）光譜成像以及美國太陽動力學天文臺的數(shù)據(jù)，揭示太陽大氣中一種特殊磁場位型的形成過程及其內部能量變化情況，為太陽噴流過程中的能量儲存和釋放機制提供了重要線索……

自“羲和號”發(fā)射以來，人類對于太陽的了解，又多了一個獨特的空間視角。

“目前，‘羲和號’與‘夸父一號’等國內探測設備開展了一系列聯(lián)合研究，國內天地一體化太陽探測體系初步形成。”中國科學院院士、“羲和號”科學總顧問方成日前在接受科技日報記者采訪時表示，“我們要用中國自己的太陽探測設備做一流的研究。”

首次實現(xiàn)太陽Hα譜線空間探測

記者：“羲和號”發(fā)射兩年半以來運行情況如何，數(shù)據(jù)開放情況怎樣？

方成：自2021年10月發(fā)射以來，“羲和號”在軌穩(wěn)定運行，已經至少觀測到數(shù)百個太陽耀斑的爆發(fā)過程。“羲和號”的設計壽命是3年，但現(xiàn)在看來，其服役期還可以延長1—2年。

目前，“羲和號”約95分鐘繞地球旋轉1圈，每天旋轉15圈。每天的觀測數(shù)據(jù)由3個地面接收站接收后，傳到中國資源衛(wèi)星應用中心，再傳到南京大學的太陽科學數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)經過軟件自動處理和人工校對后，毫無保留地向全球開放。目前我們已經累計發(fā)布了約450T的觀測數(shù)據(jù)。

記者：“羲和號”數(shù)據(jù)的使用情況如何？這些數(shù)據(jù)產出了哪些成果？

方成：“羲和號”的數(shù)據(jù)包括全日面光譜數(shù)據(jù)、圖像等。在對太陽的空間觀測方面，這些數(shù)據(jù)是獨一無二的。現(xiàn)在美國、法國、德國、英國等十幾個國家都在用“羲和號”的數(shù)據(jù)做研究。

學術界使用“羲和號”的觀測數(shù)據(jù)，收獲了不少研究成果。去年8月，國際著名學術期刊《天體物理學快報》為“羲和號”相關研究成果開設了專欄，這是該期刊首次為中國天文觀測設備設立專欄發(fā)布研究成果。截至目前，專欄已經發(fā)表了11篇論文。

記者：相較于以往我們從國外太陽探測器獲得的數(shù)據(jù)，“羲和號”的觀測數(shù)據(jù)有什么獨特價值？

方成：自20世紀以來，世界各國已經發(fā)射了70多顆太陽探測衛(wèi)星，目前在役的還有10顆左右。但在“羲和號”發(fā)射之前，這些衛(wèi)星大都是在紫外線、伽馬射線、X射線等波段探測太陽活動，而“羲和號”在國際上首次實現(xiàn)了太陽Hα譜線的空間探測。

我們可以將“羲和號”的觀測結果與其他太陽探測設備獲得的數(shù)據(jù)相結合進行分析，從多波段多角度了解太陽爆發(fā)的物理過程，從而對太陽有更全面的了解。這也有利于我們開展空間天氣預報和預警。

記者：“羲和號”和“夸父一號”在太陽觀測方面是否有合作？

方成：兩顆衛(wèi)星的合作很密切。我們發(fā)表的太陽觀測相關論文，很多都結合了“羲和號”和其他太陽探測衛(wèi)星從不同波段、不同角度觀測的數(shù)據(jù)，其中也包括“夸父一號”。

今年3月1日《天體物理學快報》雜志發(fā)表的一篇有關白光耀斑的論文，就是南京大學和中國科學院紫金山天文臺的科研人員使用“羲和號”和“夸父一號”的數(shù)據(jù)研究得出的結論。

白光耀斑可以釋放出很強的能量，對空間天氣產生重要影響。從1859年到“夸父一號”衛(wèi)星發(fā)射升空之前，僅有300例左右的太陽白光耀斑事件被報道。然而，“夸父一號”升空后到2023年12月底，已有120余例白光耀斑被觀測到。

記者：您認為“羲和號”和“夸父一號”的合作將對我國的太陽探測發(fā)揮什么作用？

方成：“羲和號”是目前唯一實現(xiàn)對太陽Hα譜線空間觀測的衛(wèi)星。而“夸父一號”的3個載荷、5臺望遠鏡，可以進行多個波段的探測和磁場的高精度觀測。它搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡和太陽硬X射線成像儀，可以從紫外線、可見光和X射線波段觀測太陽，這與“羲和號”的觀測形成互補。

兩顆衛(wèi)星的合作，可以幫助我們了解太陽低層大氣到高層大氣的演化過程，對于研究太陽的結構和爆發(fā)活動有重要意義。

計劃向日地L5點發(fā)射觀測器

記者：目前國際上對于太陽探測的難點、重點是什么？對此我國應該如何應對？

方成：太陽探測的難點是全波段、多視角、高精度的觀測。今后我們將重點圍繞太陽磁場和多視角的探測開展研究。

對日冕磁場的觀測很重要。日冕內不同極性的磁場撞擊在一起后，會釋放出很多能量，引發(fā)太陽爆發(fā)。但目前國際學術界無法直接測量出日冕磁場，只能在觀測太陽低層大氣的磁場后，推測日冕磁場的變化。這其中有一些不確定因素。

磁場需要通過譜線的偏振來觀測。日冕譜線的偏振信號很弱，很難觀測。此外日冕還有透視效應。從地球上觀測到的磁場信號，其實是不同高度、不同區(qū)域日冕內的磁場疊加在一起的結果，很難確定觀測到的磁場信號到底來自哪一點。

記者：未來太陽探測的發(fā)展趨勢是什么，研究團隊將如何應對？

方成：從地面或日地連線上觀測太陽，我們看到的所有太陽上的活動都是天空背景下的投影。未來太陽探測的發(fā)展重點和趨勢是多角度探測，即從太陽的不同側面去探測。

我們目前正在進行“羲和二號”的預研，希望能到距離地球約1.5億公里的日地第五拉格朗日點（日地L5點）探測太陽。日地L5點與太陽和地球的連線呈等邊三角形。把探測器布置在這里，可以研究太陽活動的三維結構，精確測量太陽磁場，為揭示太陽爆發(fā)的物理機制提供關鍵信息，還能夠提前4—5天觀測到即將影響到地球的太陽活動，實時追蹤面向地球的太陽爆發(fā)，為空間天氣預報帶來革命性突破。但截至目前，在日地L5點上進行太陽觀測尚無先例。

我們希望能在太陽活動峰年期間的2026—2027年發(fā)射“羲和二號”。如果趕不上這波，推遲到2030年以后的第26個太陽活動周期也可以。

希望年輕人投入太陽探測事業(yè)

記者：您是出于什么原因開始從事太陽觀測的？當時我國相關研究的基礎條件如何？

方成：我出生在抗戰(zhàn)時期。中學時，我一直想成為一名飛機設計師。后來因為機緣不巧，未能如愿。但我的物理、數(shù)學成績還不錯，1955年，我考入南京大學數(shù)學天文系天文專業(yè)。

那時，我國的天文觀測可以說是一窮二白，沒有像樣的觀測設備。中國科學院紫金山天文臺里當時最好的設備就是從國外買來、剛剛修復的60厘米口徑望遠鏡，而美國早在1948年就建成了508厘米口徑的反射望遠鏡。

在我踏進南京大學時，在校園里看到了一條橫幅，上面寫著：“立志成為祖國天文事業(yè)的拓荒者！”我覺得自己責任重大。我們這代人要努力改變我國天文事業(yè)的落后面貌。本科畢業(yè)后，我就留校任教了。

記者：聽說南京大學歷時22年建立了中國第一座塔式太陽望遠鏡，即太陽塔，您是設計建設太陽塔的重要參與者。當初您和團隊曾面臨哪些難題，是如何攻克的？

方成：1958年，南大提出建設太陽塔。但當時在天文觀測設備研制方面，我們沒有任何可以參考的對象，甚至南大天文系里沒有一個人見過太陽塔，所以很多人不看好我們。后來項目幾次上馬，又幾次下馬，終于在1973年重新啟動。

當時，我是太陽塔研制小組組長。太陽塔的光學設計需要用到計算機。那時計算機剛在國內出現(xiàn)不久，我和同事需要每天坐兩個小時的公交車到距離南京30多公里的大廠鎮(zhèn)，借用那里的計算機。我們一邊計算一邊學習，往往一干就是一天，忙得喝水都顧不上，中午簡單吃兩口飯就繼續(xù)開工。最終，太陽塔的光學設計達到了實際應用需求。

比設計更難的是太陽塔的精密機械部件加工。太陽塔的部件是單件生產，加工部件的模具只能用一次，成本較高，因此很多工廠都不愿意生產。

時任南大天文學系主任戴文賽先生找到當時的江蘇省委書記匯報。在省委書記的協(xié)調下，那時候南京市加工力量最強的5個工廠完成了太陽塔各個部件的生產加工。

1980年，太陽塔終于建好，并達到了當時國際上同類口徑太陽塔的先進水平：望遠鏡空間分辨率達到1角秒，光譜儀的空間分辨率優(yōu)于2—3角秒，光譜分辨率為14萬。

記者：幾十年過去，我們研制太陽觀測設備的水平越來越高。“羲和號”的研制過程順利嗎，遇到過哪些難題？

方成：研制衛(wèi)星上的儀器一般要經歷三步：做原理樣機，做初樣機，正式交付正樣機、安裝到衛(wèi)星上。“羲和號”從立項到發(fā)射只有兩年左右的時間，時間緊、經費少。我們做完技術論證后，決定直接做正樣，但這實在太難了。

最緊急的一次經歷發(fā)生在2021年6月。那時，我們到負責研制“羲和號”載荷的中國科學院長春光學精密機械與物理研究所去驗收儀器，結果發(fā)現(xiàn)光學望遠鏡的曝光時間太短，只有20微秒左右。這會影響圖像質量，我們希望曝光時間能延長到5—10毫秒。我們跟長春光機所提出，一個月內要更換濾光片，達到設計指標。但到底能不能達標，我們并沒有把握。

長春光機所的同志們對我們的意見很尊重，一個月內真的做出來了。為了檢測實際觀測效果，當年7月13日，我們把儀器從長春送到南京做檢測。此時距離發(fā)射只有3個月了，時間非常緊張。

不巧的是，那時正好是南京的梅雨季。13、14日兩天都下雨，無法觀測太陽。到了15日，天終于放晴，我們趕緊把儀器拉出來觀測，發(fā)現(xiàn)指標符合我們的設計要求，一顆心終于落了地。當天晚上，我們立即將儀器運送到上海組裝，進行電學穩(wěn)定性等測試。一個月后，衛(wèi)星各項性能基本穩(wěn)定，并于10月14日按計劃順利發(fā)射升空。

記者：“羲和號”的研制，對研究團隊青年人才的成長有什么意義？

方成：1973年我負責研制太陽塔的時候，只是助教。其他幾個參與研制的教師，平均年齡不超過30歲，但學校大膽地讓我們嘗試。在“羲和號”的研制過程中，我們也給青年人提供了一個施展才能的平臺，讓他們參與高水平太陽探測設備的研制。在這個過程中，他們學會了如何在基礎研究中提煉太陽觀測望遠鏡的設計指標。也有一些研究生參與了“羲和號”的數(shù)據(jù)分析軟件研究。這些學生畢業(yè)后繼續(xù)從事太陽相關的研究。我希望未來能有更多的年輕人投入到我國的太陽探測事業(yè)中來。

致青年科技人才

一流的天文學家既要懂天文研究，又要有天文探測設備的研制經驗。天文學是觀測科學，沒有觀測設備，研究就無法深入開展。

在研究中，我們會發(fā)現(xiàn)需要哪些技術支撐。根據(jù)實際需要提煉出探測設備的設計指標，繼而通過研制探測設備捕捉到天文信號，再從天文信號中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，才能提高研究水平，體現(xiàn)研究的原創(chuàng)性。好的科研要做到人無我有。

寫論文固然重要，但如果只是使用別人的觀測數(shù)據(jù)做工作，就不可能超越別人做一流的研究，更談不上領先。中國的太陽探測，一定要獨立研發(fā)出自己的、有特色的探測設備。

年輕人需要經受各種磨煉。從事天文研究的年輕人要有參與大的天文探測設備研制的經歷。希望年輕人到大風大浪里鍛煉自己，不怕苦、不怕累，不要太計較個人得失。

——方成

（記者 金 鳳）