日前举行的日地L5太阳探测工程（羲和二号）项目启动会透露，我国计划在2028年至2029年间，择机向日地L5（第五拉格朗日点）发射羲和二号，从全新的波段与视角对太阳开展立体观测。中国科普作家协会会员雷淼介绍，这将是国际上首次将人造探测器长期部署在日地L5，有望在太阳爆发机制方面取得有世界级影响力的科学成果，并为空间天气预警和预报带来革命性的推动。

（1）中国将从全新视角立体观测太阳

何谓“羲和”？羲和是《山海经》中的太阳之母，是《楚辞》中驾驭太阳车东升西落的神，也是中国古代观测天象与制定历法的官职。2021年10月发射的我国首颗太阳探测科学技术试验卫星被命名为“羲和号”，它标志着我国步入空间探日时代。而羲和二号是在羲和号基础之上迈出的重要一步，羲和二号发射后，将从全新的波段和视角对太阳开展立体观测。

为什么说是立体观测呢？羲和号围绕地球运行，距离地面平均只有517公里，它和地球看到太阳的视角可以说是一样的。而羲和二号将去往日地L5，尾随地球围绕太阳运行，它距离太阳和地球各1.5亿公里，和二者构成了一个等边三角形。如果太阳向地球抛出一团日冕物质，那么羲和二号能提供一个“旁观者”的视角，告诉地球所看到的“这一拳”是如何打出来的。这将是国际上首次将人造探测器长期部署在日地L5：此前人类发射的太阳探测器已有70多颗，绝大多数都分布在日地连线上，少数环绕太阳运行，还有些漂移到太阳背后去，却还没有探测器在日地L5长期驻留。

从羲和二号所在的位置，可以瞧见地球上无法看到的太阳侧后方60°区域，而这一区域的太阳将在四五天后随着太阳自转朝向地球。所以，如果太阳正在悄悄酝酿即将扑向地球的灾害性空间天气，如耀斑、日冕物质抛射等，那么羲和二号能够先于地球察觉，为应急响应争取更多准备时间。同时，它将对太阳磁场和太阳活动实现精细测量，结合地球视角的观测数据，建立完整的太阳爆发三维物理模型，并增强我国空间天气预警预报能力。

总而言之，羲和二号是一项科学目标牵引、工程技术支撑、具有国际前瞻性的原创性深空探测工程。其首次奔赴日地L5的壮举，将填补国际上太阳立体观测的空白。

（2）羲和二号为何选择第五拉格朗日点

羲和二号将前往的日地第五拉格朗日点身处何处？

要了解拉格朗日点是什么，先来分析另一个问题：在地球轨道面的哪个位置放个小天体，可以使它围绕太阳公转时，与太阳、地球的相对位置保持不变呢？这实际上是一个通常不可精确求解的三体问题，但在比较严格的限定条件下，如“在同一个平面上，第三个天体的质量小到可忽略不计”，还是可以求得几个特解的。1767年，瑞士数学家、自然科学家欧拉求出了这个问题的3个特解。1772年，法国数学家、物理学家拉格朗日又算出另外2个特解。这5个特解在公转轨道附近所对应的位置，就叫作“拉格朗日点”，分别被编号为L1、L2、L3、L4、L5。

这5个数字分别对应着唯一的位置，不可任意调换。以太阳和地球为例：L1在日地之间的连线上，并且距离地球更近；L2在日地的连线延长线上，位于地球一侧，或者可理解为在地球阴影方向；L3在地日的连线延长线上，位于太阳身后、地球的对面，与太阳的距离基本等于日地距离；L4和日地成等边三角形，引领着地球运行；L5和日地成等边三角形，尾随着地球运行。

具体来说，L1在日地之间，这个位置适合放置研究太阳的探测器（如日光层探测仪），它们距离地球150万公里左右，在月球轨道以外，永远不会掉进地球或月球的阴影，并且会比地球提前撞上太阳抛来的物质。

L2在地球阴影方向，距离地球也是150万公里左右。这个位置适合做一些背向日月地球、向宇宙超深空凝望、探测宇宙大爆炸余辉的任务，如威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）与韦布空间望远镜（JWST）。

目前，还没有航天器在L3工作。这里和地球之间隔着太阳，即使获得信息也发不过来，而且这个位置十分难以保持稳定。但L3是科幻小说作者钟情的地方，常常在这里描绘一个“反地球”，在这里做些不想让人类察觉的事情。

L4和L5的稳定性容易维持，也很适合研究太阳，但过去没有长期部署在此的探测任务，一是它们和地球距离太远（1个日地距离），二是过去研究太阳的工作任务在L1基本就能实现。相较而言，L5比L4更有应用价值，因为这里位于太阳自转的上游，当太阳风暴爆发时，L5可以比地球提前四五天知道，为地球发来预警，这也正是羲和二号选定L5的原因。

（3）太阳活动低年为何也要研究？

羲和二号预计在2028年至2029年发射，设计寿命7年，能够覆盖到太阳活动从低年爬升到高年的这段时间，以实现对太阳磁场和太阳活动的变化进行全面的观测研究。经过中国北方频繁出现极光的2024年和2025年，大家对黑子、耀斑、日冕物质抛射这些太阳活动应该都比较熟悉了，那么，在太阳活动低年（指太阳活动周期中黑子数量最少、活动最微弱的年份），科学家能研究些什么呢？

其实，太阳活动低年也会惹出不少麻烦，而这些同样是空间天气预警要留意的事情。

1、乘虚而入的宇宙线

国际空间站的数据表明，航天员受到的辐射当量有80%左右来自宇宙线。在太阳活动高年（指太阳黑子数量达到极大值的年份），日球层电流片会起伏颠簸得很厉害，阻滞宇宙线对太阳系的进攻，而在相对平静的太阳活动低年，宇宙线就比较容易“杀”进来了。也就是说，太阳活动低年却是宇宙线的高年。我国载人登月计划实施的2030年，正是太阳活动低年，所以要对宇宙线加强防范。

2、来自冕洞的高能粒子

在日冕中有一些成片的较暗区域，能量和气体密度都比周围低一些，看上去就像个洞口，所以叫作“冕洞”。带电的太阳粒子平时被困在太阳周围的磁场里，而如果出现冕洞，粒子就会从这里逃逸，比平时的太阳风速度快一倍。在太阳活动高年，冕洞会集中在太阳两极周围，对地球影响不大。而到了太阳活动低年，冕洞会在太阳赤道附近出现，把炮口瞄向太阳系行星的轨道面，并且大小和数量都会增加。随着太阳自转，从冕洞逃出来的高能粒子流每隔27天左右就要浩浩荡荡扫过地球一次，将大量带电粒子注入地球的外辐射带，给在这里运行的卫星（包括许多导航、气象、通信卫星）带来破坏。

3、高倾角近地卫星静电

运行在近地轨道上的卫星也会因太阳活动低年受到打扰，不过有趣的是，打扰的肇因不是主动攻击，而是消极怠工。当轨道倾角较大的低轨卫星穿越地球两极附近的时候，会遇到从地磁场两端的“漏斗”倾泻下来的带电粒子，其中电子会在卫星上累积，累积到一定程度时就会产生静电放电，危及卫星安全。但好在低轨卫星运行在电离层中，太阳的极紫外辐射在这里电离了地球大气，产生了大量自由的正电荷与负电荷。正电荷能够中和卫星表面积累的电子，缓解卫星的充电效应。然而，到了太阳活动低年，因为极紫外辐射降低，电离层的电离程度也会随之降低，正电荷的供给就有点跟不上了，导致低轨卫星更容易遭遇充电效应的威胁。

所以，太阳活动带来的空间天气复杂多变，高年和低年各有各的烦恼，在各个时期，太阳磁场与随之变化的空间环境都是羲和二号的探测研究内容。

在宇宙中，太阳是唯一可开展高空间分辨率观测的恒星，也是唯一可实现多视角立体探测的恒星。通过对太阳的观测和研究，能够深入了解宇宙等离子体的运动和演化、高能粒子的加速和传播、天体爆发现象的物理机制，以及恒星活动和行星宜居性等科学问题，具有重大的科学意义。太阳也是地球上灾害性空间天气的主要肇因，所以了解太阳活动规律对于地球上的人类生产活动也具有重要的现实意义。

目前，我国正在论证后续太阳探测发展计划并陆续付诸实施，科学家希望按照在黄道面内多视角探测（以羲和二号为代表）、大倾角太阳极区探测（以夸父二号为代表）和太阳抵近观测“三步走”推进，由易到难，逐步深入，进一步了解太阳的活动规律，更准确地预报空间天气，为造福人类生活、地球安全保驾护航。

（供图：视觉中国）

来源：北京日报客户端