騰訊科學小會上，「高分」總師趙堅解密「羲和」五個國際首次

羲和是我國上古神話中的」太陽之母」，她有十個太陽兒子，每日只帶一個出來「工作」：羲和馭着龍車，從湯谷出發，途徑16個站，到達蒙谷，日復一日，形成了大地的早晚晦明，年復一年，人間從此有了溫暖。

這個美麗的神話形象，被用來命名我國「首顆太陽探測科學技術試驗衛星」——「羲和號」。在去年10月14日發射成功後近一年時間，「羲和號」一直按照嚴格的活動軌跡替我們「御日」，截至今年8月30日，這顆人造衛星累計下傳原始觀察數據50Tbit，生成科學數據300Tbit。

2022年8月30日，在「羲和號」第一次成果發佈會上，國家航天局副局長吳艷華總結，「羲和號」創下了「五個國際首次」。

9月19日，在騰訊青少年科學小會現場，國家高分辨率對地觀測系統總設計師兼副總指揮及國家航天局對地觀測與數據中心主任趙堅向小觀眾們講述「羲和」探日工程時，用三個「關鍵詞」解密了這五個「首次」。趙堅說，「羲和號」創下五個國際「首次」，是件很了不起的事，因為它標誌着我國正式步入空間「探日」時代。

羲和號的「破」與「立」

太陽被譽為「魔鬼星球」，由於內部一直在進行的劇烈核聚變運動，它每秒創造的能源比人類社會創造的能源總量還要多。

太陽給地球帶來溫度和能量的同時，也時時「生產」着威脅。1859年，一場歷史上最大的「太陽超級風暴」猝不及防地造訪地球，給人類造成的損失約在2萬億美元；1989年3月，加拿大魁北克省因太陽風暴停電12小時，超過600萬人受到影響。

即便在科技高度發達的今天，人類為了避免來自太陽的傷害，最佳手段也仍是預測，通過「看守」太陽的衛星檢測到異常，讓人類有20個小時的時間來準備應對。自20世紀60年代以來，航天技術飛速發展，全球已發射了70多顆太陽觀測衛星，聚焦在太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射等的觀測和研究。

「羲和號」代表我國觀測太陽，它是我國國家航天局於2019年6月批複立項，並在2021年10月14日，由CZ-2D Y53運載火箭在太原衛星發射中心成功發射入軌。運行於平均高度為517公里的太陽同步軌道，主要科學載荷為太陽Hα成像光譜儀。

趙堅解密「羲和號」，第一個關鍵詞是「雙超」。「雙超」指超高指向精度和超高穩定度。這兩個指標決定了衛星所攜帶的探測載荷在工作時獲取數據的準確性和科學性。趙堅透露，「羲和號」指向精度達到了萬分之三度，姿態穩定度達到了十萬分之6.3度每秒，這兩個指標較同等慣量衛星提高了1~2個數量級，達到國際先進水平。

「通俗來講，就是『羲和』這位攝影大師，不僅指的准，而且拍的穩。」趙堅在演講中解釋，「准」是用「指向精度萬分之三度」來衡量，「地球赤道有4萬公里長，在赤道上划過萬分之三度，長度大概是33米」；談及「穩」，趙堅先用我們平時拍照做比較，「因為手抖或者支架不穩定，拍出模糊的效果」。「羲和號」採用類似「磁懸浮」的獨門絕技，達到了超高穩定度，它在探測過程中可以做到紋絲不動、目不轉睛。

第二個關鍵詞為「太陽測速導航儀」。衛星在太空中飛行，同樣需要定位導航服務，以準確地獲取自身的位置和速度。早期，科學家們使用慣性導航來指引衛星，但它容易產生漂移，積累誤差大；後來又改進為導航衛星，但衛星導航的威力範圍只局限在「地球附近」，到了太空就無能為力；而「羲和號」上安裝的原子鑒頻太陽測速導航儀，為國際首次，趙堅透露，她的定位「精度可達每秒2米」。

第三個關鍵詞是「光譜成像儀」。「羲和號」實現了國際首次在軌對太陽Hα波段光譜掃描成像。太陽光譜中的Hα波段譜線是太陽爆發時響應最強的色球譜線，能夠直接反映爆發的源區特徵。此前，世界上其它國家都沒能做到用Hα波段掃描成像，直到「羲和號」出現。

據了解，裝載Hα成像光譜儀的「羲和號」可以較好地通過兩種方式觀測太陽：白光連續譜成像和光譜掃描成像。在白光連續譜成像模式下，可以獲得全日面像，如同人們按下快門拍照一樣簡單。在光譜掃描成像模式下，「羲和號」搭載的Hα成像光譜儀通過對太陽全日面掃描，歷時46秒即可獲得4600多條光譜，每條光譜都可以被複原成一張日面像，正如他在小會上做的比喻，「彷彿給太陽做CT」。

通過對Hα光譜數據的分析，可以從光球層到色球層，獲取太陽低層大氣的信息，從而推演太陽爆發時的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽爆發的動力學過程和物理機制。

羲和號衛星的碩果，標誌着我國正式步入「自主探日」時代。

從「奔月」「探火」到「探日」

「自主探日」，意味着我們獲得了空間數據的自主權。

以前，我國空間的天氣預報數據來源主要依賴國外，這樣容易造成數據延遲，真實性也難以保證。「羲和號」上天后，我們自主掌控了這些數據，不再受人掣肘。另外，近年來，國際太陽探測領域發展迅猛，我國在該領域發表論文的數量已居世界第二位，但之前的科研成果中，引用的數據均來自國外，「羲和號」的出現，將徹底扭轉這一局面。

我國已經向全世界開放共享「羲和號」數據，趙堅在演講中透露，可「通過南京大學太陽科學數據中心查詢和下載」，據國際在線報道，「羲和號」的科學數據得到了美國、法國、德國等太陽物理研究學者的廣泛應用。

「羲和號」在太空中「監視」太陽，儘可能保證我們在地球生產生活的安全，而我們生活的地球也正在被七顆高分衛星「密切」關注着。

作為「高分」專項工程總師，趙堅在科學小會現場演講中，向青少年拋出的第一個問題是：什麼是「高分」？「就是時時觀測着地球的一雙眼睛。」正如手機分辨率越高拍照越清晰一樣，「高分」7型衛星在太空為地球拍攝照片已經實現「亞米級」，它不光分辨率高，還實現了高時效性、高光譜分辨率、高定位精度，時間達到秒級，光譜有幾百個譜段，定位精度也達米級。

今年2月，北京冬奧會開幕式上，就展示過用「高分二號」衛星成像的比賽場館俯瞰圖，從太空的視角「探班」冬奧賽場，體現科技奧運的精神。

高分二號的「大哥」——「高分一號」衛星於2013年4月26日發射入軌，已為我國國土資源部門、農業部門、氣象部門、環境保護部門提供高精度、寬範圍的空間觀測服務，例如公安部就曾利用高分一號的數據，在黑龍江、內蒙古、河北等地發現了多處罌粟種植區，2013年7月，甘肅岷縣發生地震後，高分一號獲取數據後，為災區評價次生災害檢測工作作出科學引導。

我國「設計」的這套高分辨率對地觀測系統，包含的七顆衛星及相應的觀測平台，覆蓋了從全色、多光譜到高光譜，從光學到雷達，從太陽同步軌道到地球同步軌道等多種類型，構建了一個具有高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率能力的對地觀測系統。

「無論是觀測地球，還是探測太陽，這都只是空間科學的一些領域」，趙堅說道，那什麼是空間科學？「主要是利用航天器研究發生在日地空間、行星際空間及至整個宇宙空間的物理、天文、化學及生命等自然現象及其規律的科學。」

從這個角度看，我國藉助航天器「研究」月球和火星的空間科學也達到了領先水平。對月球的觀察，以2004年實施「嫦娥工程」為標誌，最新成果是「嫦娥五號」採集的月壤研究。這顆月球探測器於2020年12月着陸於月球，隨後對着陸點附近的月表物質進行了採樣、並成功將1371克月壤樣品帶回地球。

近日，中國科學院地球化學研究所科研團隊研究發現，嫦娥五號帶回的月壤中存在大量的太陽風成因水，這一成果在國際學術期刊《自然·通訊》發表。此前，遙感探測已發現月表普遍存在水，由於缺乏直接的樣品分析證據，月表水的成因和分佈一直存在爭議。中科院的這一研究發現，為研究月表中緯度地區水的分佈提供了重要參考。

探索火星的航天器也在近年取得突破性進展，2020年7月，「天問一號火星探測器」在海南文昌發射成功，這是我國對於火星的首次探測任務，「天問一號」歷時7個月，飛行7.5億公里，於2021年5月在火星着陸。

儘管是探索火星的第一步，但邁出的步伐卻意義非常重大，「天問一號」成為繼美國以後第二個探測器正式登陸火星，並持續傳回清晰圖片的國家，可謂打破了美國在「登陸火星」上的技術壟斷地位。

仰望星空，還需從娃娃抓起

「火星上的落日，不是紅彤彤的，而是淡藍色的，火星上也有月亮，不過有點小，它不可能把太陽遮住，形成不了地球上的月全食。火星上有獨特的火衛一凌日，幾十秒鐘過去也很壯觀。」月球及火星探測器副總設計賈陽，給孩子們描述火星的落日和天象，「探索火星的意義，在於為人類增加一個視角，從這個視角看火星、看地球、看太陽系，看整個宇宙，也審視人類自身」。

「我們為什麼要探測研究『暗物質』」？中科院國家天文台台長常進在現場回答了這個問題：中國要真正成為世界大國，為人類共同的夢想做出貢獻，在前沿科學領域不能缺席。他告訴孩子們，到今天為止，「悟空」科學衛星已經巡天13次，探測高能粒子數量高達135億次，它的7萬多個傳感器仍處於近乎完美的狀態。它是怎麼做到的呢？「很簡單，也很不容易，那就是腳踏實地的做好每一件小事」。

中科院上海天文台台長沈志強、中科院粒子天體物理重點實驗室主任及高能物理研究所研究員張雙南也分別向小觀眾們科普了黑洞、慧眼衛星等宇宙物質及前沿探測手段，從基礎知識到最新進展，可謂是一個國家頂級的「宇宙天團」在向青少年做科普。

這樣的豪華陣容，背後是青少年航天科普的重要意義。

與美國、俄羅斯（含蘇聯時期）、日本、歐洲等國家相比，我國深空探測領域雖然起步晚，但是起點高，例如早在上世紀60年代，美蘇已經實現人類登月計劃，直到2004年，我國的「嫦娥工程」才開始實施，成功率卻達到100%；「天問一號」也成為世界第二個着陸火星的衛星，第一個着陸火星的衛星是1997年美國的「探路者號」……

在系列階段性的成就面前，我國對深空探測也有了相對明確的規劃：2030年前的小行星探測計劃，因為小行星被稱為太陽系起源的「活化石」，一旦成功科研價值重大；2025年至2030年，科學家們還規划了木星系探測及行星穿越計劃，按照這份時間表，我國將於2036年到達木星；2030年之後，還有更精細、更深遠的機械人深空探測有望展開，並在2048年左右實現到達天王星。

這些看似遙遠的星辰大海，是一個國家未來綜合國力的象徵，也代表着人類的共同命運，它需要持續投入大量的人力物力和財力，而當今的青少年群體就是這項事業的「後備軍」。在「仰望星空」這件事上，給青少年埋下一粒好奇心的種子，或許以後就能長成一棵參天大樹。2020年11月16日，國家領導人在科學家座談會上指出，「好奇心是人的天性，對科學興趣的引導和培養要從娃娃抓起，使他們更多了解科學知識，掌握科學方法，形成一大批具備科學家潛質的青少年群體。」

要讓青少年科普更有趣更優質，還需要社會各界形成合力，營造良好的崇尚科學的氛圍，健全完善科學教育的體制機制。到2022年，騰訊科學小會已經做到第四屆，通過頂尖科學家陣容、定製化趣味內容、平台和創意能力，吸引了4000多萬青少年通過線上線下的方式聆聽科學家分享。

科學小會更像連接器，一邊是公眾及青少年，一邊是科學家資源、優質內容的整合，讓更多青少年有科學探索的意識，種下一顆科學種子。正如騰訊青年發展委員會副主席李航在小會開場時所說：「人類科學史，是科學發展的歷史，也是科學前輩與後輩薪火傳承的歷史。其實放眼全球，有許多科學家都在青少年時期被前輩科學家們啟發過。我們希望，今天大家與科學家們的相遇，能為你種下一粒種子，未來在人生中綻放出絢爛的花朵」。