中國首顆綜合性太陽探測專用衛(wèi)星“先進(jìn)天基太陽天文臺”（Advanced Space-based Solar Observatory，ASO-S）即“夸父一號”于10月9日發(fā)射升空。從7月項目面向社會公眾征集名稱，便可以窺見這項工作的重要性。
為什么這個項目如此重要呢？這是因為項目所發(fā)射的衛(wèi)星與我國此前發(fā)射的各種衛(wèi)星意義都不太一樣。盡管ASO-S也是一顆科學(xué)研究衛(wèi)星，投入不算很大，但是其或許將成為我國航天科技事業(yè)發(fā)展中的一個里程碑。
太陽對于地球的重要性不言而喻。從名稱上來看，ASO-S的功能就是為了觀察太陽的各種參數(shù)，實際上，其主要目的是觀察太陽的“一磁兩暴”。
“一磁”指的是太陽的磁場。太陽的磁場可以分為全局磁場和局部磁場兩部分。全局磁場與地球磁場基本上是一樣的，但是太陽與地球又不一樣，因為它是一顆氣體星球——氣體的溫度非常高，呈現(xiàn)等離子體的狀態(tài)，具備強(qiáng)烈的導(dǎo)電能力。因此，太陽活動時，如果有電流在其中流動，就會產(chǎn)生局部磁場，太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射等，都與太陽的局部磁場有直接聯(lián)系。另外，我們經(jīng)常在網(wǎng)上看到的所謂太陽黑子爆發(fā)，就是由于太陽磁場導(dǎo)致太陽某一個區(qū)域核反應(yīng)受到限制，該區(qū)域溫度明顯低于周圍溫度，這樣在觀察結(jié)果上就形成了所謂的黑斑，也就是太陽黑子現(xiàn)象。
“兩暴”其中之一指的是太陽日冕爆發(fā)。太陽日冕爆發(fā)過程中會拋射出大量物質(zhì)，這些物質(zhì)的溫度非常高。另一“暴”則是指太陽耀斑。太陽耀斑與太陽黑子正好相反，由于某種機(jī)制導(dǎo)致太陽某個區(qū)域出現(xiàn)更加強(qiáng)烈的核聚變反應(yīng)，從而形成更加明亮的光斑。這個更加明亮的區(qū)域的溫度自然也就明顯高于周圍的區(qū)域。
太陽黑子、日冕物質(zhì)拋射和耀斑呈現(xiàn)明顯的周期性。ASO-S趕在今年發(fā)射，就是為了能趕上太陽爆發(fā)的第25周峰。太陽的劇烈活動對地球氣候變化產(chǎn)生巨大的影響，因此，研究太陽“一磁兩暴”的重要性不言而喻。
當(dāng)然，我們在地面上也可以觀察太陽，不過由于地球大氣層的影響，在地面觀察太陽沒有在太空中觀察效果好。
ASO-S則能夠在沒有干擾的太空環(huán)境中更好地觀察太陽的活動。該衛(wèi)星將在地球上空近地點(diǎn)720公里左右的軌道上運(yùn)行，這個軌道被稱作太陽同步軌道，與地球同步軌道相對應(yīng)。
綜上所述，單就項目本身的意義而言，ASO-S已經(jīng)是里程碑式的了，它意味著我國航天科技事業(yè)在火星探測項目的基礎(chǔ)上，又向前邁出了一大步。今后，我們不僅可以探索太陽系的行星，還將直接探索太陽的各種規(guī)律。
這將如何影響我國航天事業(yè)的發(fā)展呢？根據(jù)美國國家航空航天局（NASA）的經(jīng)驗，我猜測今后我國的空間探索技術(shù)將主要朝兩個方向發(fā)展。
第一個方向是飛得更遠(yuǎn)，即飛行器在太陽系中越飛越遠(yuǎn)。目前，太空中離地球最遠(yuǎn)的人造探測器是NASA的旅行者1號。最近幾個月，旅行者1號還發(fā)回了一些比較特殊的數(shù)據(jù)，反映出其在不斷調(diào)整姿態(tài)，但本身工作看起來依然正常。這似乎反映出旅行者1號進(jìn)入了一個人類從未進(jìn)入過的時空領(lǐng)域后，面臨著各種新問題。但截至目前，沒有更多信息反映出NASA已經(jīng)解決了這個問題。目前，NASA已經(jīng)開始關(guān)閉旅行者1號和2號上更多的儀器以減少能量消耗，這樣或許可以讓兩個探測器的工作壽命延長到2030年，期望它們在空無一物的星際空間中，再發(fā)回更多重要的信息。
另一個發(fā)展方向就是飛得更近，即今后的飛行器將越來越靠近太陽。
在整個太陽系中，太陽的質(zhì)量是最大的，因此太陽周圍的引力也是最強(qiáng)的，這意味著太陽附近是研究引力以及暗物質(zhì)的最佳場所。目前人類的引力理論主要有兩個，一個是牛頓引力理論，另一個是愛因斯坦廣義相對論。牛頓引力理論已經(jīng)獲得了非常廣泛的應(yīng)用；而愛因斯坦廣義相對論則適用于更宏觀、更強(qiáng)的引力場研究。正是因為廣義相對論所研究的對象太過特殊，因此現(xiàn)在能夠獲得支持的證據(jù)比較少。如果我們能夠更靠近太陽，那么就可以獲得一個相對比較強(qiáng)的引力環(huán)境，然后在其中獲得支持廣義相對論成立的更重要、更關(guān)鍵的證據(jù)。比如，在廣義相對論中，一個重要的證據(jù)就是水星的近日點(diǎn)進(jìn)動問題。但水星近日點(diǎn)的進(jìn)動并不是很明顯，因為水星的橢圓軌道偏心率比較小。如果我們能夠發(fā)射一顆人造行星，使其近日點(diǎn)達(dá)到比水星近日點(diǎn)還要近的位置，遠(yuǎn)日點(diǎn)則在更遠(yuǎn)的位置，這樣人造行星的偏心率就會比較大，這時就可以看到更加明顯的近日點(diǎn)進(jìn)動效應(yīng)，從而為證實廣義相對論獲得更高精度的證據(jù)。
另外還有一個很有趣的現(xiàn)象，就是目前人類所測量出來的引力常數(shù)是非常不穩(wěn)定的。是什么原因造成引力常數(shù)有如此大的差異？其中有一些理論，包括著名物理學(xué)家狄拉克都曾設(shè)想，引力常數(shù)可能就是不斷變化的。引力常數(shù)到底是不是變化的，在地球這樣比較弱的引力環(huán)境中，是難以體現(xiàn)出來的。但如果在太陽附近的強(qiáng)引力場中，相信這種引力常數(shù)變化的效應(yīng)就會呈現(xiàn)出來。一旦我們獲得了足夠證據(jù)，證實引力常數(shù)是變化的，那一定會帶來一場物理學(xué)方面的巨大革命。
另一個是對暗物質(zhì)的探測。目前很多暗物質(zhì)探測儀器設(shè)備都在地球上，然而地球附近暗物質(zhì)產(chǎn)生的效應(yīng)太弱了，因此經(jīng)過很長時間的探索，人類還是一無所獲，但天文學(xué)的觀察證據(jù)又強(qiáng)烈表明暗物質(zhì)是存在的。現(xiàn)在看來，人類要獲得暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)，可能還是需要到太陽附近去尋找，這也是我們需要飛得離太陽更近一些的原因所在。
目前，人類已經(jīng)發(fā)射了3顆離太陽很近的水星探測器。第一顆是1973年發(fā)射的水手10號探測器，其獲得了有關(guān)水星的一些非常重要的參數(shù)。第二顆是2004年發(fā)射的信使號水星探測器，它進(jìn)一步探測了水星以及水星周圍空間環(huán)境的很多重要參數(shù)。一些科學(xué)家也利用信使號對廣義相對論理論進(jìn)行了研究和分析。第三顆水星探測器是歐洲和日本合作發(fā)射的貝皮•科倫布號水星探測器，于2018年10月成功發(fā)射，預(yù)計將為人類帶來更為詳細(xì)的水星資料。
當(dāng)然，這些探測器都是研究行星的，并非直接用來研究廣義相對論和暗物質(zhì)的。如果要直接研究引力理論以及暗物質(zhì)，還是需要依靠人造行星。實際上，早在上世紀(jì)50年代末，蘇聯(lián)的月球1號就已經(jīng)成為了一顆人造行星。后來人類又陸續(xù)發(fā)射了幾顆用來研究太陽的人造行星，證明人造行星技術(shù)已經(jīng)相對成熟。美國在2018年發(fā)射的帕克太陽探測器與我國的ASO-S功能類似，不過它現(xiàn)在就是一顆人造行星。帕克太陽探測器的成功為我國今后發(fā)射類似的人造行星提供了寶貴的經(jīng)驗。
人造行星還可以進(jìn)一步釋放探測器，比如出現(xiàn)日冕物質(zhì)拋射時，人造行星可釋放一顆帶有攝像頭的探測器直接飛向拋射流，從而完整記錄下日冕拋射的各種參數(shù)。可以想象的是，這一畫面一定非常震撼，讓人類有一個了解太陽能量爆發(fā)的直觀體驗。■