太陽系與日球探測

太陽系與日球探測，是指人類為進一步了解太陽系及太陽而進行的利用太空飛行器探測的探索與研究活動。

對太陽系的探測，主要探測對象是太陽系內的行星(除地球外)、行星的衛星、矮行星、小天體和行星際空間環境,主要探測方式包括飛越探測、環繞探測、不載人軟著陸探測、巡視探測、載人環繞和登入考察、不載人或載人採樣返回等；

對於日球探測，可以為我們人類提供宇宙中其他恆星上所發生的基本的天體物理過程和規律；同時，研究和探索太陽演化和活動的基本規律，能增強我國對太陽風暴的監測、預報和警報能力，滿足國民經濟建設、社會發展和國家安全的需求。

基本介紹

• 中文名：太陽系與日球探測
• 外文名：Solar system and solar detection
• 性質：宇宙空間探測活動

太陽系探測

太陽系是以太陽為中心的所有受到太陽引力約束的天體集合體，包括8顆行星、165顆已確認的衛星、5顆已辨認的矮行星和數以億計的太陽系小天體。這些小天體包括小行星、柯伊伯帶的天體、彗星和星際塵埃等。太陽系探測是指利用太空飛行器探測太陽系內各層次天體和行星際空間的深空探測活動。主要探測對象是太陽系內的行星(除地球外)、行星的衛星、矮行星、小天體和行星際空間環境,主要探測方式包括飛越探測、環繞探測、不載人軟著陸探測、巡視探測、載人環繞和登入考察、不載人或載人採樣返回等。

1957年,前蘇聯發射了第一顆人造地球衛星Sputnik，開啟了人類探測太陽系和宇宙空間的新時代。從1958年8月17日美國發射第一顆月球探測器“Pioneer 0號（先驅者0號）”開始，到首次實現對月球、金星、火星、太陽、水星、木星、土星、小行星與彗星等太陽系天體與行星際空間的探測，離地球最遠的太空飛行器(1977年發射的“旅行者1號”)甚至已經通過太陽系的日球層邊界。進入21世紀以來,又實施了水星探測(“信使號”)、矮行星探測(“黎明號”對穀神星和灶神星，“新地平線號”對冥王星的探測)等任務。截至目前，人類發射的太空飛行器已經探測過太陽系內的所有行星和主要天體類型，形成了我們對太陽系的主要認識。

半個多世紀的太陽系探測取得了豐碩的科學成果，回顧太陽系探測的歷程，主要包括：

1. 顯著帶動人類社會的科學創新、技術突破和套用拓展；
2. 加深了我們對宇宙尤其是太陽系的認知、拓展了人類知識疆界；
3. 提高了人類認識和保護地球、拓展生存和活動空間的能力。通過尋找人類潛在的地外宜居地,有助於實現地球和人類社會的可持續發展；
4. 激勵了人類特別是年輕一代的探索、發現和挑戰精神。

發展趨勢

21世紀的太陽系探測將以月球和火星探測為主線，從月球走向火星的大方向已經明確，同時將適當開展巨行星及其衛星、金星、小天體和太陽探測。截至2014年，人類總計進行了255次太陽系探測任務。從首次探測任務的目標天體月球來看，人類開展太陽系探測從離地球最近的月球起步，然後逐漸擴展到離地球最近的兩顆行星——火星和金星，接著擴展到太陽、太陽系其他天體、巨行星和小天體。

通過50多年的探測，人類對太陽系的全景已經有了整體認識，類似“旅行者1號”、“旅行者2號”那樣的太陽系穿越任務的科學回報將不再顯著。未來太陽系探測將聚焦某些重點天體。包括月球、火星、小行星、金星、木星以及木衛一和木衛二(Europa)、土星以及土衛二(Enceladus)和土衛六(Titan)。同時,適當兼顧其他天體，使探測任務覆蓋太陽系內的主要天體類型，精細刻畫太陽系的結構。

除月球和火星之外，小天體是未來太陽系探測的重點目標之一。小行星和彗星的探測和採樣返回對太陽系的形成和演化、生命的起源和演化這兩個基本科學問題的求解具有重要意義，因此在未來太陽系探測中占有重要地位。

20世紀90年代以前，太陽系探測以技術實現為主要目標，服務於展示國家航天技術能力和國防實力的政治目的。而90年代以來的新一輪探測活動，主要以科學為驅動，並逐漸向科學引領方向轉變。

從20世紀50年代末到80年代，只有前蘇聯和美國開展過太陽系探測。90年代至今，歐空局、俄羅斯、日本、中國和印度紛紛開展各類太陽系探測任務，從兩強爭霸到群雄逐鹿，多國參與和國際合作將成為太陽系探測的必然趨勢。

日球探測

太陽既是離人類最近的一顆典型的恆星，對太陽的探索和研究將為我們提供宇宙中其他恆星上所發生的基本的天體物理過程和規律；同時，太陽也是對人類生存環境和地球附近空間作用和影響最大的天體，研究和探索太陽演化和活動的基本規律，增強我國對太陽風暴的監測、預報和警報能力，滿足國民經濟建設、社會發展和國家安全的需求。

太陽研究中還存在著許多重要的問題懸而未決，例如太陽內部結構理論、太陽活動周的起源、太陽耀斑和日冕物質拋射的觸發機制、色球和日冕的反常加熱問題、太陽風的加速等、認識太陽活動對人類社會生存環境和地球附近空間環境的作用和災害性的影響是很重要的。

我國的太陽探測應實現遠離地球的定點太陽觀測、太陽極軌觀測和太陽風暴的衛星陣觀測。探測太陽矢量磁場、速度場和輻射場，研究太陽磁場和太陽活動的起源和演化，揭示太陽耀斑和日冕物質拋射等爆發現象的物理機制；探索太陽風的起源和太陽整體磁場的形成機制；追蹤和診斷太陽風暴在日地空間的傳播過程及其對近地空間環境的災害性影響，提高對太陽風暴的預報和警報能力。

定點太陽觀測

在距地球約1 50萬千米的第一拉格朗日點(L1)進行太陽探測，與近地軌道相比，可減小都卜勒偏離對磁場和光譜測量的影響，提高測量精度；可提前0.5~2小時探測到太陽擾動和各種粒子，有利於太陽風暴的監測和預警；任何時候均不受地球遮擋，可連續獲得實時數據；不受地球輻射帶影響，有利於設備的長期運行；探測器的姿態容易實現穩定指向．因此，L1點是理想的深空太陽觀測位置。

通過大口徑、高分辨的太陽磁場望遠鏡，觀測太陽磁場、速度場，認識太陽磁場的基本結構和演化特徵；通過與高解析度的極紫外成像儀、Hα和白光成像儀、萊曼阿爾法成像儀、高能輻射譜儀和粒子探測包、太陽和行星際射電頻譜儀的協同觀測，研究色球和日冕加熱、太陽耀斑和日冕物質拋射的源區特性、太陽耀斑的非熱過程和粒子加速、太陽風暴在行星際空問的傳播過程等，揭示太陽耀斑和日冕物質拋射中能量存儲和釋放的物理本質，為太陽活動預報提供重要的物理依據。

太陽極軌觀測

探測太陽極區的磁場結構和演化、電漿動力學特徵是解釋太陽活動周的形成機制、太陽磁場的起源、色球和日冕的加熱機制、高速太陽風的加速過程的重要科學依據。由於在黃道面無法對太陽極區進行觀測，因此，開展太陽極軌探測是非常必要的。太陽極區磁場很可能是太陽發電機的種子磁場，但從未被俯視觀測過，太陽極區是否存在對流過程也從未被確切診斷，因而太陽極軌觀測成為太陽物理研究中的重大關鍵。另外，高速太陽風和太陽爆發活動是影響人類生存環境的最主要的兩類太陽物理過程。極區是高速太陽風的源區，迄今為止人類對太陽風加速的位置、初始高度、磁場和電漿環境尚無清晰的認識。因此，進行極區太陽風初始加速的直接觀測，對認識太陽風的起源有決定性的意義。

因此，通過太陽極軌探測器，首次對太陽極區的磁場、速度場和輻射場進行俯視成像和光譜觀測，可揭示太陽極區物理場的基本特徵及其變化，探索告訴太陽風的起源和太陽整體磁場的形成機制。

太陽風暴的衛星組陣觀測

由於地球電離層影響，在地面無法對太陽電磁風暴從太陽表面到近地空間的傳播過程進行甚低頻射電連續全景成像觀測。在偏離日地聯線的引力平衡點第四拉格朗日點(L4)或第五拉格朗日點(L5)，或者在地球繞日軌道偏離45度的深空位置，由多顆微小探測器編隊組陣進行太陽甚低頻成像觀測，能夠跟蹤太陽活動現象在日地空間傳播過程，獲取太陽風暴前兆、初發及其日地空間環境回響的重要信息，結合其他載荷實現從太陽附近到近地空間對太陽風暴的觀測，研究太陽風暴在日地空間傳播的基本規律，為災害性空間天氣事件的預報警報提供可靠依據。

因此，發射多顆微小探測器．在深空進行編隊組陣，通過綜合孔徑技術在0.3~30MHz甚低頻頻段進行射電干涉成像，結合主星上搭載的磁像儀、日冕儀和硬X射線成像儀等，實現從太陽表面以上4~5個太陽半徑處到近地空間的日冕物質拋射、太陽風、高能粒子輻射等現象的連續全景成像跟蹤，認識太陽風暴對近地空間環境的災害性影響。