追光探日！来看南大科学家与“羲和号”的故事

南京大学是我国首颗探日卫星“羲和号”科学与应用系统的建设单位，在方成院士的带领下，一批年轻教师和学生全面参与了“羲和号”工程从论证、立项到研制、发射和试验的全过程，在“逐日”之路上不断迈进。今天的“科技创新 教育力量·高校科技创新成果巡礼”专栏，让我们一起走进这支南大团队砥砺奋进的故事——

“羲和号”卫星

出征，奔向无垠太空

2021年10月14日，无边黑夜里，随着长征二号火箭点火，“羲和号”从太原卫星发射中心一飞而起，奔向无垠的太空，顺利进入平均高度517公里的太阳同步轨道。这一刻，距离该工程立项仅仅过去了两年多。从地面跨向太空，中国在探日征途上快马加鞭。

“羲和号”发射

“羲和号”全称太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星，主要科学载荷为太阳Hα成像光谱仪。在“羲和号”之前，国际上已先后发射了70多颗太阳探测卫星，大多在紫外线、伽马射线、X射线等波段探测太阳活动。而“羲和号”所呈现的“中国视角”，是对太阳可见光里最重要的一条谱线——Hα谱线进行空间观测，这也是在国际上首次实现太阳Hα谱线的空间探测。这种谱线能够反映太阳光球层和色球层的信息，细分后可获得光球层和色球层不同高度处的太阳图像，相当于给太阳大气做CT扫描。通过这条谱线，可以巧妙反推出太阳的温度、密度等，对太阳爆发活动做出预报。

“羲和号”全解析（来源：航天科技集团八院）

南京大学是“羲和号”科学与应用系统的建设单位，卫星系统和卫星载荷则分别由上海航天技术研究院和中国科学院长春光机所负责。在南京大学天文与空间科学学院方成院士的带领下，一批年轻教师和学生全面参与了“羲和号”工程从论证、立项到研制、发射和试验的全过程。时间紧，任务重，立项以来的节奏快得让人喘不过气。没日没夜的“苦战”是常态，多家单位团队之间的协同也复杂而不易。

“羲和号”卫星发射前照片

项目推进过程并非一帆风顺。据方成回忆，为了检测实际观测效果，2021年7月13日，团队把仪器从长春送到南京进行调试。此时南京正值梅雨季，阴雨绵绵，无法观测太阳，让人心急如焚。直到15日，久违的阳光终于射出，“羲和号”最后一次在地球大气层中注视太阳。当天晚上，研制团队立即马不停蹄地将仪器运送到上海组装，进行电学稳定性等测试。几番周折后，卫星终于如期顺利发射升空。

目前，“羲和号”约95分钟绕地球旋转1圈，每天旋转15圈；每日的观测数据由3个地面接收站接收后，由专线网络传输到南京大学的太阳科学数据中心（https://ssdc.nju.edu.cn）。数据经过科学定标后，向全球开放。现在，研究团队已经累计发布了约500T的观测数据，有十几个国家的科学家都在使用。

“羲和号”发射以来，基于其观测产出数据的科研成果持续涌现——南京大学借助“羲和号”全日面光谱数据再现太阳暗条爆发的三维动力学过程；中国科学院紫金山天文台联合南京大学利用“羲和号”数据揭示白光耀斑的物理机制；北京大学、南京大学、云南大学、中国科学院云南天文台科学家团队利用“羲和号”数据研究太阳喷流过程中的能量储存和释放机制；比利时鲁汶大学联合南京大学通过数值模拟研究“羲和号”观测的暗条边缘亮结构……人类对于太阳的了解，又多了一个独特的空间视角。

逐日，探索永无止境

最近，“羲和号”又带来了研究新突破。南京大学、中国科学院云南天文台、上海航天技术研究院的科研人员通过“羲和号”对太阳Hα波段光谱成像的空间观测，精确刻画出太阳大气较差自转的三维图像。这一研究成果刊发于国际学术期刊《自然·天文学》，为理解太阳大气的自转规律提供了新视角。

据论文第一作者、南京大学天文与空间科学学院博士生饶世豪介绍，此次团队利用“羲和号”采集到的多谱线、全日面、高精度观测数据，对太阳大气层自转规律有了较为精确的认识，精确绘制出国际首个太阳大气自转的三维图像。

“与以往人们对太阳自转的理解不同，太阳大气从内到外的自转速度越来越快。” “羲和号”卫星首席科学家、南京大学天文与空间科学学院教授丁明德表示，此次的科学发现为研究太阳磁场的起源、太阳大气的加热提供了重要的观测证据。

科研团队根据“羲和号”卫星的探测数据绘制的国际上首个太阳大气自转三维分布图

相比在地球上观测太阳，有了“羲和号”的助力，可以减少地球大气对观测的影响，进而快速获得更全面精确的太阳数据。据“羲和号”科学与应用系统总设计师、南京大学天文与空间科学学院教授李川介绍，“羲和号”做一次全日面的扫描，仅需要46秒。“我们可以得到300多个太阳的不同层次的全日面图像。扫描相当于给太阳大气做了一次CT扫描。”

在团队努力下，对太阳的认识，正往更浩瀚的深空走去。“羲和号”是跨入太空的一小步，是“开胃菜”，是“试验田”，中国探日的大幕正徐徐拉开。

当前，“羲和二号”已开展详细方案论证。“我们希望能到距离地球约1.5亿公里的日地第五拉格朗日点（日地L5点）探测太阳。”方成表示。

研究团队为“羲和二号”选了一个绝佳观测位置。日地之间多个引力平衡点称作拉格朗日点，其中L5点与太阳和地球的连线呈等边三角形。从L5出发，人类可以观测太阳的“侧脸”，由此研究太阳活动的三维结构，精确测量太阳磁场，为揭示太阳爆发的物理机制提供关键信息，提前4-5天观测到即将影响到地球的太阳活动，实时追踪面向地球的太阳爆发，为空间天气预报带来革命性突破。

目前，这里还没有人类飞行器长期驻留，也无在此稳定观测太阳的先例。

中国未来太阳空间探测计划效果图（图源：航天科技集团八院）

中国探日征程步伐稳健、渐入佳境。在这支“逐日”队伍的努力下，中国即将构建起太阳立体探测体系，那将是一项造福全人类的事业。

筑梦，南大人砥砺奋进

方成院士今年86岁，仍奔忙在工作一线。他亲历了中国对太阳研究的从无到有，从搭建观测塔到升级天文台、再到领衔把中国第一颗太阳观测卫星“羲和号”送入太空。“1973年我负责研制太阳塔的时候，只是助教。其他几个参与研制的教师，平均年龄不超过30岁，但学校大胆地让我们尝试。”方成说。

南京大学“羲和号”团队合影

在他的带领下，南京大学磨炼出了一支兼具科学探索和工程实践能力的优秀队伍。在探索天空、直抵苍穹的路上，越来越多年轻的力量受到感召，为打造空间探测领域的国家战略科技力量持续贡献智慧：他们参与高水平太阳探测设备的研制，学会如何在基础研究中提炼太阳观测望远镜的设计指标；一些学生参与 “羲和号”的数据分析软件研究，并在毕业之后继续从事与太阳相关的研究。

作为人类当前唯一可以近距离探测的恒星，太阳科学研究对人类探索浩瀚深空非常重要，“未来，我们需要建立立体观日体系，最终抵近太阳。”方成说。

参与研制“羲和号”是南京大学“上天入地”服务“国之大者”的生动体现，也是南京大学科技创新工作的鲜活缩影。在科技创新发展的道路上，南京大学始终坚持向“新”发力，向“实”奋进，不断深化从基础研究→创造技术→成果转化“三位一体”的科研模式，以服务国家战略需求和地方经济社会发展为目标，以关键核心技术攻坚为抓手，不断提高学校原创性技术创造能力和科技成果转化服务水平，取得了一系列世界级成果。任洪强院士团队主导工业回用水国际标准制定，“水质风险控制工程学”项目成为我校首个国家自然基金基础科学中心项目；谭海仁教授领衔的钙钛矿太阳能电池研究屡创世界新纪录，入选中国科学十大进展；杜灵杰科研团队在世界上首次探测到引力子激发；伽马射线暴、大陆起源、气候变化、基因突变等领域新发现拓展了自然认知边界；拓扑材料、二维材料、超构材料、超导材料、光生物制造等领域新创造揭示了未来技术前沿……

未来，南京大学将进一步巩固和发扬基础研究优势，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，牢记嘱托、感恩奋进，在推动科技自立自强上再创佳绩，为全面建成科技强国贡献力量！

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来源 | 微言教育

美编 | 丁婷

责编 | 李欣怡