空間太陽觀測儀器

解釋

這是因為太陽低層大氣（光球）輻射的主要功率在短波方向延伸到1 600埃附近，色球的主要輻射集中在400～1 600埃之間，而日冕的輻射主要集中在短於900埃的波段。太陽活動現象為耀斑、爆發日珥和譜斑區也有大幅度增強的紫外線和X射線輻射。太陽的粒子流同樣來源於太陽的高層大氣和太陽活動現象。

因此，太陽短波輻射（紫外線和X射線）中包含著關於太陽大氣，特別是高層大氣和太陽活動現象的重要信息。同時，太陽短波輻射和粒子流又是形成地球電離層和高空輻射帶，以及產生某些地球物理效應（如磁暴、電離層騷擾和極光現象等）的能源，因此對它們的研究有著重要的理論意義和套用價值。然而，由於它們不能到達地面，因而只能藉助探空火箭和空間飛行器（人造衛星和宇宙飛船）把太陽觀測儀器帶到離地面至少60千米（此時地球大氣的吸收已可忽略）的高空進行觀測。空間太陽觀測初期主要是觀測因地球大氣吸收而不能到達地面的太陽紫外線和X射線輻射，以及因地球磁場作用而不能到達地面的太陽粒子流。

不過由於空間觀測不僅可避免地球大氣對太陽輻射的吸收，還可避免大氣湍流對輻射波陣面的擾動，從而提高觀測的空間解析度，因此後來也陸續研製了觀測太陽可見光和紅外線輻射甚至射電波段的空間太陽觀測儀器。各種空間太陽觀測儀器的原理與地記戒滲局面太陽觀測儀器相類似，但必須更鞏嫌檔為小型和緊湊，牢固和精細，能夠適應嚴酷的空間環境（低氣壓、極端溫度變化和處於失重狀態等），以及無人操作所要求的高可靠性和自動化，因而包含了更大的高科技含量和技術難度。

探空火箭

空間太陽觀測開始於第二次世界大戰之後的20世紀40年代後期。1946年美國海軍研究室(NRL)首先用V–2火箭紫外光柵光譜儀傳送到高空，拍攝到直至2 100埃的太陽紫外采罪斷光譜。隨後的觀測逐步向更短波段延伸到250埃。同時，利用乳膠光度計、光子計數器和電離室（有各種透射視窗和填充氣體）等核物理技術探測各種波段的太陽X射線輻射強度。在50年代，他們用火箭監測了幾乎一個太陽活動周的太陽X射線流量及其變化，發現了太陽耀斑期間X射線輻射增強和光譜硬化現象。1959年和1960年，分別拍攝到太陽萊曼α譜線（波長為1 216埃）的太陽單色像和X射線單色像。在這些照片上，可看到太陽活動區上空紫外線輻射和X射線源的位置和強度。

近地衛星

20世紀60年代以後，美國和蘇聯開始利用人造衛星槳陵抹臭對太陽進行更加多樣化的大量觀測。美國海軍研究室在1960～1976年間發射了11顆“太陽輻射監測”衛星系列，主要任務就是長期連續監測太陽的紫外線和X射線輻射流量。美國國家航空航天局(NASA)在1962～1972年間發射了8顆“軌道太陽觀測台”（OSO）衛星系列，取得了許多重要的觀測結果。它們包括高質量的太陽紫外和遠紫外光譜，日冕活動區和耀斑的X射線拜妹霉輻射，以及萊曼α、遠紫外和X射線波段的太陽單色像（解析度＜1′），證實了冕洞的存在(OSO–4)，以及觀測到太陽耀斑的γ射線發射(OSO–7)。OSO–8配備有觀測耀斑紫外光譜的設備，它獲得的耀斑光譜資料，用於研究耀斑期間活動區和耀斑本身的溫度和密度變化過程，以及耀斑能量的傳輸途徑。

深空探測

在利用近地衛星觀測太陽電磁輻射的同時，美國和蘇聯發射了一批進入地球磁層之外的行星際探測器（深空探針），主要觀測太陽的粒子流（包括太陽風和耀斑發射的高能粒子）、太陽磁場和行星際磁場，以及太陽活動的地磁效應。1959年蘇聯“月球”2號和“月球”3號，以及1961年美國的“探險者”和“水手”等衛星先後對太陽風進行直接探測，證實了太陽風的存在，並取得了太陽風的平均密度和速度等基本數據。同時，還觀測到太陽耀斑發生後幾分鐘有高能粒子到達地球和一兩天后大量太陽電漿到達地球的現象。

美國於1963～1973年間發射的由10個“探險者”衛星系列組成的“行星際監測台”（IMP）和蘇聯於1972年發射的“預報者”行星際監測台系列，20世紀70年代德美合作研製的環日探測器“太陽神”，對太陽的粒子發射和行星際磁場進行了長期監測，取得大量資料。天空實驗室(Skylab)　美國於1973年發射的載人科學實驗衛星，標誌著空間太陽觀測進入了一個新階段。天空實驗室的主要科學目標之一就是觀測太陽。它所攜帶的“阿波羅促諒望遠鏡組合”（ATM）上裝載9種太陽觀測儀器，包括白光日冕儀、紫外光譜儀、遠紫外單色光照相儀、X射線望遠鏡、X射線光譜望遠鏡、歡頁項Hα照相機和電視攝像機（解析度達1″）等。在它200多天的飛行期間，獲得了3萬多幅白光日冕照片和2萬多幅太陽X射線照片，觀測到100多次太陽物質拋射現象，以及日冕和日珥結構的變化。1973年6月15日還觀測到一個二級耀斑發展過程中的紫外和X射線單色像，以及這個耀斑的紫外和X射線光譜。

太陽極大年使者(SMM)　

1980年2月發射的美歐合作觀測衛星，它和日本於1981年3月發射的“火鳥”（Hinotori）觀測衛星正好在太陽活動21周峰年期間，它們的主要目標是觀測太陽耀斑。SMM上有太陽X射線成像和光譜觀測，以及γ射線、日冕和偏振觀測。“火鳥”主要作太陽軟X射線和硬X射線成像觀測。它們取得的資料與地面的太陽可見光和磁場觀測資料相配合，在太陽耀斑物理過程的研究方面取得重要進展。

陽光(Yohkoh)觀測衛星　

1991年8月發射的日、美、英合作觀測衛星，它的發射正逢太陽活動第2π周峰年期間，主要目標也是觀測太陽耀斑。衛星上太陽軟X射線望遠鏡(SXT)的波段範圍為3～60埃，由變換濾光片選擇不同波長，空間解析度達到2.5″，時間解析度對寧靜太陽為1分鐘，對耀斑為0.5秒。太陽硬X射線望遠鏡(HXT)的波段範圍為14～93千電子伏，分為4個波帶：C帶（14～23千電子伏）；MⅠ帶（23～33千電子伏）；MⅡ帶（33～53千電子伏）和H帶（53～93千電子伏）。它的空間解析度約為5″，時間解析度為0.5秒。還帶有白光照相儀和寬頻光譜儀，光譜儀的波段包括軟X射線、硬X射線和γ射線。“陽光”的觀測資料與地面觀測資料配合，已經揭示了關於太陽耀斑和活動區磁弧方面許多重要特徵。尤利西斯(Ulysses)　1990年10月發射的歐洲空間局(ESA)探測衛星，它的科學目標則是太陽風和行星際磁場的實地探測。它的軌道設計藉助木星引力而離開黃道面，於1994年6月至11月間通過太陽南極區，1995年6月至10月間通過太陽北極區，直接探測由太陽極區冕洞發射的太陽風。觀測證實太陽極區太陽風比低緯太陽風速度更大。它於2000～2001年間再次通過太陽兩極地區。以往的探測衛星基本上都是在黃道面附近，“尤利西斯”則是首次實現了對黃道面以外的日地空間探測，在研究太陽和太陽風層的三維結構上邁出了重要的一步。

太陽和日球層天文台(SOHO)　

1995年發射的歐美合作觀測衛星，它的科學目標是太陽和日球層的大尺度結構，特別是日冕和超日冕，以及太陽振動和磁場觀測。這顆衛星上裝置多種觀測儀器。其中日冕診斷光譜儀(CDS)觀測波段為150～500埃，正是日冕的重要反射區，主要探測日冕的溫度和密度分布；遠紫外成像望遠鏡(EIT)可獲得紫外和X射線單色像，用於研究色球和日冕結構的演化；太陽紫外輻射測量儀(SUMER)著重於觀測色球和色球–日冕過渡區的精細結構，波長解析度極高，可研究物質流動和波動引起的光譜線變寬；紫外日冕光譜儀(UVCS)通過觀測日心距離自1.3至10個太陽半徑範圍的日冕中某些光譜線的強度和輪廓，來推測外冕中電子和離子溫度；而大視角分光日冕儀(LASCO)則可探測日心距自1.1至30個太陽半徑的廣大日冕區中的質量、動量和能量傳輸與結構演化。此外，還有4種太陽風遙測和實地測量儀器，以及3種太陽振動觀測儀器，從而構成了對太陽和日球層的全方位探測。

過渡區和日冕探測者(TRACE)　

美國於1998年4月發射的太陽觀測衛星，它的科學目標是對太陽過渡區和日冕進行高分辨觀測。它荷載的望遠鏡口徑為30厘米，觀測波長範圍自171～2 500埃，分為8個波段，涉及太陽大氣溫度範圍從3 600K至6.6×106K，包括光球溫度極小區、色球、過渡區和日冕。採用1024×1024像素的CCD作像感器，視場8.5′×8.5′，太陽像空間解析度為1″，時間解析度為幾分之一秒。TRACE著重於觀測太陽的小尺度圖像，研究過渡區和日冕中的精細結構，期望揭示太陽高層大氣加熱和動力學現象（如冕洞的形成和日冕物質拋射）的物理機制。

空間太陽望遠鏡(SST)　

中國正在進行研製的空間太陽觀測儀器。計畫是發射一顆離地面高度為730千米的太陽同步圓形軌道上運行的太陽觀測衛星。它的重量為2噸，荷載的儀器包括：

①口徑為1米的光學望遠鏡，配備8個通道的濾光器，工作波長範圍為3 900～6 600埃，用於探測太陽大氣的精細結構、矢量磁場和速度場、空間解析度達到0.1″；

②4台口徑為12厘米的太陽軟X射線望遠鏡，工作波長為121～304埃，解析度為0.5″；

③寬頻光譜儀，可觀測太陽的X射線和硬X射線光譜（各為64通道），以及γ射線譜（128通道）；

④口徑為12厘米的Hα和白光望遠鏡，可獲得全日面的太陽Hα單色像和白光太陽像；

⑤太陽和行星際射電頻譜儀，用1米長的日極天線，頻率範圍為104千赫至60兆赫，320通道。中國空間太陽望遠鏡的主要科學目標是探測太陽大氣和磁場的精細結構、色球和日冕的加熱機制、太陽黑子和活動區在精細尺度上的時間演化、太陽耀斑的能量積累和釋放過程、日冕物質拋射對日地空間環境的影響，並為太陽活動預報提供觀測依據。這顆太陽觀測衛星計畫於2008年前後發射升空。

空間太陽觀測儀器

基本介紹

解釋

探空火箭

近地衛星

深空探測

深空探測

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