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太阳双超卫星完成观测试验验证,预计10月发射!

作者: 李川、李臻、方成、丁明德(de)、邱(qiu)晔、王(wang)文博

太阳光谱(pu)探测与双超平台(tai)科学技术试(shi)验卫星(xing),简称太(tai)阳(yang)双超卫星(xing),英文名称Chinese Hα Solar Explorer(CHASE)是我(wo)国第一颗兼顾(gu)科学观测和技术试验的太(tai)阳卫星,由爱游戏官网、上(shang)海航天技术研(yan)究院和中科院长春(chun)光(guang)机所等(deng)单位联合(he)研(yan)发太阳双超卫(wei)星于2019年6月获得国防科工局(ju)立项批(pi)复,经过两年紧张的研(yan)制工作,终于进入到集成测试(shi)和发射准(zhun)备(bei)阶段,计划于2021年(nian)10月(yue)发射(she)升空(kong)。

太(tai)阳(yang)双超(chao)卫(wei)星示意图(Li et al., RAA, 2019, 19, 165

太阳双(shuang)超卫星质量为(wei)550千克,运行于(yu)平均高度(du)517公(gong)里(li)的(de)(de)太阳同步轨道(dao),设计寿命为(wei)3年。卫星的(de)(de)科学载荷为"成像(xiang)光谱仪"Hα Imaging Spectrograph, HIS)利用双超(chao)卫星(xing)平(ping)台的超(chao)高指向精度和超(chao)高稳定度,CHASE/HIS可以实(shi)现(xian)两种(zhong)太阳观测模(mo)式: 光谱扫描成像和白光连(lian)续谱成像(xiang)。

光谱扫描成像模(mo)式CHASE/HIS可以(yi)谱(pu)线(中心波长为6562.8埃)和FeI谱(pu)线(中心波长6569.2埃)临近波段的300余个波长点实现全日(ri)面或局(ju)部日(ri)面(mian)成像,得到日面上任意(yi)一点(dian)的(de)光谱(pu)信(xin)息(xi)通过近期(qi)的(de)实验室定(ding)标太阳实测验证,CHASE/HIS光谱分(fen)辨达到0.072埃,像元光谱分辨率(lv)0.025埃,空(kong)间分辨率(lv)约为1角(jiao)秒,全(quan)日面扫描时间约为46在白光连续谱成像(xiang)模式(shi)下,CHASE/HIS可以在6689附近(jin)(透过带半宽~13.4埃(ai))的连续谱上实现(xian)全日面(mian)成像(xiang),空间分辨(bian)率约为1角秒,时间分辨率1秒。

Hα成像光谱仪构型图及正样产品(pin)

近期,CHASE/HIS分别在长(zhang)春光学精密机(ji)械与物(wu)理研究所和南京(jing)天文光学(xue)技术研究(jiu)所完成(cheng)了实验室定标和外场(chang)成(cheng)像测试在(zai)光谱(pu)扫描成像(xiang)模式下,狭缝在日(ri)面上某一位置(zhi)处获得的(de)光谱图如(ru)下其中左图(tu)为原始光(guang)谱,右图(tu)为经(jing)过谱(pu)线弯曲和平(ping)暗场改正后的光谱,上下两个窗口分别对应(ying)了FeI线(6569.2Å)和谱线(xian)(6562.8Å

原始光(guang)(guang)谱(左(zuo))和(he)改正后光(guang)(guang)谱(右(you)),7月15日南京观(guan)测

太阳像(xiang)面匀速扫过(guo)狭缝(feng)时,即(ji)可得到日面上任(ren)意一点的光谱信(xin)息(xi)下(xia)面(mian)的动图展示出在4600多(duo)步扫描过程中(zhong)获得(de)的(de)全日面光(guang)谱扫描步长(zhang)为4.6微米(mi)每(mei)10毫秒,全日面扫(sao)描时间需约46。测(ce)试表明扫描机构的稳定(ding)性和可靠性均(jun)达到(dao)了设计要求。

全日面Hα波段的光(guang)谱图,7月15日南京(jing)观测(ce)

从光(guang)谱(pu)维(wei)的任意波长点上抽取一条狭缝像,经过4600次拼(pin)接即可得到对应该波长的全日面像。下图(tu)所示为拼(pin)接得到的线心的全日面(mian)像,从(cong)中可以看到日珥、暗条(tiao)、谱斑等色球(qiu)结构(gou)。

线心全(quan)日(ri)面光谱成像,7月15日(ri)南京观测

每个(ge)波长(zhang)点都对应了一(yi)幅全日面像,因此,CHASE/HIS通过一次扫(sao)描就能获得(de)300余幅不(bu)同波长(zhang)的(de)全日面像(xiang),而它们反映了不(bu)同太(tai)阳大气层次的(de)特征。下面的动图所示(shi)波(bo)段范围内的全日面像(波(bo)长间隔~0.07埃(ai)),其信(xin)息含量(liang)异常(chang)丰(feng)富。

Hα波(bo)段(duan)范围内的全日(ri)面(mian)光谱成(cheng)像,7月15日(ri)南京(jing)观测


在白光连续谱成像模(mo)式(shi)下,可以(yi)获(huo)得6689埃附近(jin)的(de)全(quan)日(ri)面(mian)像。其主(zhu)要功能一则(ze)可以(yi)监视(shi)太阳黑子(zi)和活(huo)动区的(de)演化,二则(ze)可以(yi)用(yong)于分析双(shuang)超卫(wei)星平台的(de)性能指标。下图所(suo)示(shi)为白光连续谱全(quan)日(ri)面(mian)像。

白光连续谱(pu)全日(ri)面(mian)像,7月15日(ri)南京观测

需(xu)要说明的是,以上的地面(mian)测(ce)(ce)试是在南京进行的,而该地区的视宁度较差,另外还有云(yun)层的干扰,这直(zhi)接影(ying)响了成(cheng)像的空(kong)间分辨率(lv)和(he)信噪比。可(ke)以预(yu)期,当太阳双超卫(wei)星(xing)在轨运行时,其观测(ce)(ce)质(zhi)量将(jiang)远(yuan)远(yuan)高(gao)于以上所(suo)示(shi)的地面(mian)测(ce)(ce)试结果。

太阳双超(chao)卫(wei)星将(jiang)实现国(guo)(guo)际(ji)上首次全日(ri)面Hα波段的(de)光谱成(cheng)(cheng)(cheng)像观测。CHASE/HIS的(de)科学目标非(fei)常(chang)明确,即研究(jiu)太阳低层大气(光球和色球)的(de)动力学过程以及太阳爆发(fa)活(huo)动的(de)物(wu)理机制(zhi)。未来它将(jiang)与我国(guo)(guo)的(de)综合(he)性太阳探测卫(wei)星——先进天基太阳天文台(ASO-S)形成(cheng)(cheng)(cheng)观测层次和观测波段的(de)有效互补,共同取得由(you)中国(guo)(guo)科学家主导(dao)的(de)重大原(yuan)创性科研成(cheng)(cheng)(cheng)果(guo)。CHASE和ASO-S的(de)双发(fa)成(cheng)(cheng)(cheng)功,将(jiang)开启我国(guo)(guo)空间探日(ri)的(de)新(xin)时(shi)代,让我们(men)拭目以待!

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