太阳是地球的生命之源，这个脾气有些暴躁的火球经常对地球人的生活造成威胁。为了摸清它的脾气，了解太阳磁场中蕴藏的能量以及这些能量对地球的影响，并且对最剧烈的太阳活动——耀斑进行研究，以期最终实现“太空天气”预报，2006年10月25日。美国用“德尔它2”火箭成功发射了世界第一对孪生太阳观测卫星——“日地关系观测台”(STEREO)。
来自5个国家的科学家参与了这一项目。这两颗卫星利用在太空中相互错开的优越位置“注视”太阳，它们的主要使命有：首次为人类展示太阳黑子爆发时的全景三维图像，并前所未有地展现日地之间能量流动的独特景象，帮助科学家们研究太阳周边环境以及太阳活动对整个太阳系造成的影响；研究日冕的产生、活动及其喷发带来的后果；更精准地观测太阳爆发。了解整个“太空天气”及对地球造成的潜在影响。
预报“太空天气”具有很重要的意义。一次耀斑爆发产生的热量超过1万次火山爆发，而它释放的能量相当于10亿枚百万吨级TNT当量的炸弹。除了局部增亮。耀斑产生的强烈辐射会覆盖整个电磁波谱。包括r射线、X射线、紫外线、可见光，直到射电波段；同时。电子、质子和重离子等高能粒子在太阳大气中被加热、加速。并向外高速喷射。
太阳观测担当重任
“日地关系观测台”将第一次从地球轨道以外给人们传回太阳爆发的三维图像，这些图像有助于天文学家准确地预测太阳风暴对航天员和通信卫星造成的影响，极大地增进对太阳爆发的了解。
除了展示太阳三维图像之外。“日地关系观测台”的另一项重要使命是提前预报太阳风暴。太阳风暴主要是指太阳上发生的耀斑、“日冕物质抛射”等剧烈活动，属于太空天气的范畴，其中“日冕物质抛射”可以说是太阳系中最猛烈的爆发现象。每次爆发时。会从太阳大气喷发出10亿吨的带电粒子。这些粒子会以每小时数百万千米的速度席卷太空。如果“日冕物质抛射”方向正对地球。太阳抛射出的数十亿吨的爆炸物不仅能在地球上产生极其壮观的极光，在地球大气层中引发强烈磁暴，还可能使通信和导航卫星工作中断。甚至可能穿透保护地球的磁场，影响地球上的电力系统和手机网络。此外。喷射中的高能粒子不仅充满太阳系，而且可能有害于人类发射的航天器和在太空工作的航天员。1989年发生的一次太阳风暴曾使加拿大魁北克地区发生大面积停电，有600万居民的供电受到影响。2003年。类似情况再次发生，不仅使瑞典的电力供应中断，还损坏了多颗人造卫星及宇宙飞船。
“日冕物质抛射”抵达地球一般需要两三天时间。科学家说，现有的太阳监测卫星可以在磁暴来临时提供一定程度的预警，但现阶段的预警通常都太迟或不够精确，一旦磁暴发生，损失极其惨重。有了“日地关系观测台”的跟踪观测，就可以将磁暴预警时间大幅缩短。“太空天气”预报水平将大为改观。
人类通过长期观测太阳发现，它会周期性地出现一种叫做“日冕物质抛射”的现象，即当其爆发时。大量等离子体物质会被从太阳低日冕抛出。并会扰动地球磁场。据估算，一次“日冕物质抛射”产生的能量。是地球上所有核武器所能产生能量的100倍。
目前。人类已研制出许多种类的太阳望远镜，但它们只能站在地球这个方面去观察太阳，并且都无法监测到直接射向地球的太阳风暴。因为太阳的强光总是掩盖了奔向地球的太阳风暴的光亮。而发射到远地轨道上的一对“日地关系观测台”，可组成能立体观看太阳与太阳向周围空间喷发的大量气团及带电粒子的巨型“双筒望远镜”，从不同的角度对太阳进行监测，测量和记录太阳耀斑、“日冕物质抛射”等活动，使人类看到立体的太阳，这将帮助人类更深入地了解和预测太阳的爆发现象及其引发的太空气候。
目前，“太空天气”预报水平如同20世纪50年代的天气预报。那时雨云都飘过头顶了，人们才知道可能要来飓风。现在。人们也只能在地球上观测到太阳风暴后，靠计算机模型来预测其是否或何时会影响地球。而“日地关系观测台”投入工作后，一旦发生太阳风暴，科学家就可以在第一时间观测到它的速度和方向，更早地发出警报，为防灾赢取更多时间，提前预防人造卫星被破坏。
科学仪器各显神通
整个“日地关系观测台”计划耗资约5.2亿美元。卫星设计寿命2年，主体结构是长2.7米、宽2.6米、高3.2米的长方体，尺寸如同高尔夫球推车，质量为642千克，用太阳能电池翼提供475瓦电量。每个观测台装有16台共4组探测仪器，由全球很多实验室的科学家研制，最后在约翰·霍普金斯应用物理实验室完成组装。探测仪器包括成像望远镜和太阳风粒子测量仪等设备，可以测量太阳风粒子。进行射电天文观测。
其中一组仪器叫“日地关系日冕与日光层探测仪”。美国海军实验室研制。它由4台成像仪器和测量仪器组成，即1台远紫外成像仪、2台白光日冕仪和1台日光层成像仪。这些仪器将观察日冕与太阳，不到一秒就拍摄一幅太阳和太阳风的高清三维图像，捕捉“日冕物质抛射”的演变过程和对地球的影响。
另一组仪器称为“粒子与日冕物质抛射原位测量仪”。美国加州大学伯克利分校研制。它由7台成像仪器组成，即太阳风电子分析仪、磁力计、太阳电子质子望远镜、低能望远镜、高能望远镜等。它们主要用于测量行星际空间的磁场结构，并建立太阳的全球磁流体动力学模型等。
还有一组是“等离子体与超灼热粒子成分分析仪”，英国、德国和美国联合研制。它们用来对“日冕物质抛射”中等离子体的质子、重离子等取样，测量带电粒子的数量，分析其特性和成分。
第四组叫“行星际射电暴追踪仪”。法国科研中心研制。它由2台高频与低频射电接收机、1台固定频率接收机和1台时域取样仪组成，用来收集一些无线电波。这些无线电波是由“日冕物质抛射”的带电粒子穿过运动速度较慢的粒子时产生的冲击波形成的。
为了获得太阳三维图像。美国为这对卫星设计了一套独特的发射系统。即利用月球的引力让两颗卫星像弹球一样加速，以方向相反、路线相似的轨道绕太阳飞行。以获得独特的太阳立体视角。在任务开始后一个月左右，这对卫星将一前一后，缓慢靠近月球。
进入绕日轨道后。虽然两颗探测卫星的轨道与地球轨道处于同一个平面上(太阳系大多数行星的轨道都处于这个面)，但它们的飞行轨道正好像照镜子一样对称。始终被定位在地球的“两侧”。一个在地球围绕太阳运行轨道的前面，被称为“日地关系观测台-A”；另一个则在轨道的后面，名为“日地关系观测台-B”。这是模仿人用两只眼观察事物的方法，从不同方位搜集太阳信息后将其传送回地球。这也是人类同时操纵2个探测器飞行。科学家再综合原来地面实验室在地球表面和
低地球轨道观测所得的数据，选取相关联的数据将其合成为三维的太阳图像，并且分析太阳辐射及其对地球影响的数据。通过它们的观测，科学家们可以首度构建太阳的三维视图。这些图像将显示出太阳风暴环境及其对太阳系内部的影响。这些数据对于理解太阳如何创造太空气候至关重要。
美国海军实验室的罗斯·霍华德介绍说。“日地关系观测台”计划非常独特。卫星能够“全面地”研究太阳和地球之间的关系。他还说：“这是我们第一次通过光学测量，看看一颗卫星上的仪器在另一颗卫星‘眼里’是怎样的。”
“日地关系观测台”是首个利用月球引力被送入完全不同绕日轨道的航天器。它们从靠近地球的轨道飞向刚刚超越月球的轨道。发射后约两个月，这个观测台都将围绕月球运动。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的任务执行人员将利用一次近距离飞越月球行动，进行轨道修正。月球引力将直接作用于其中一个观测台，使它先抵达预定轨道，也就是地球背部大约22°的地方，这个预定轨道比地球距离太阳还要远，运行一周花费387天。再过一个月，第二个观测台利用另一次月球引力开始围绕月球转动，并到达其预定轨道，也就是地球前面大约22°，这个轨道比地球距离太阳较近，运行一周要花费347天。这些机动最终使两个“日地关系观测台”都进入绕日轨道。经过两年的运行后，它们与地球的间隔将分别达到45°，即彼此间隔90°。
太阳观测方兴未艾
1995年12月，欧洲航天局发射的“太阳与日光层观测台”提供了史无前例的对日观测，而且不只观测太阳面向地球的一面，还能观测太阳的另一面。新的资金注入将使“太阳与日光层观测台”任务期从2007年4月延长至2009年12月。
在“日地关系观测台”上天之前的2006年9月23日，日本率先从日本鹿儿岛航天中心用M-5火箭发射了一颗由日本、美国和英国等欧洲国家联合研制、三菱电气公司制造的“太阳-B”(又称“日出”)卫星。它先进入近地点高度约280千米、远地点高度约686千米、轨道倾角为98.3°的初始轨道，用于测量太阳磁场。可以更好地认识影响地球的剧烈太阳活动。星上载有与美国和英国联合研制的光学、红外和紫外望远镜各一台。能对太阳磁场进行迄今最近距离的观测。科学家希望在“太阳-B”任务中，通过监控太阳磁场对太阳耀斑有更多的了解。
“太阳-B”卫星于3周后进入距地面600千米高的太阳同步轨道上，从11月开始正式进行观测。它每年能对太阳进行8个多月的全天连续观测，人们希望这个新卫星能帮助人类揭开日冕形成的原因等秘密。星上的仪器将对磁场的运动和太阳大气层做出的反应进行监测，观测重点集中在耀斑的引爆阶段。通过探测太阳系中发生的最强烈的爆炸，最终对它们发生的时间进行预测。
该卫星用于拍摄太阳图像，研究太阳耀斑，重点研究太阳耀斑的喷发阶段，记录太阳磁场如何储存和释放大量能量，测量太阳磁场运动及其对太阳大气的影响。帮助人们深入了解和预测太阳对地球造成的影响。“太阳-B”有四大使命：研究太阳磁场；研究太阳能量辐射；研究磁重联等现象；观测太阳大气膨胀等。
该卫星重约900千克。长4米。宽1.6米。两块太阳能电池翼在太空展开后总长达10米，犹如给卫星安上了两个翅膀。其设计寿命3年。装有太阳光学望远镜、太阳X射线望远镜和远紫外成像光谱仪共3台仪器，够观测太阳发出的可见光、紫外线和X射线。它们将协同测量太阳大气圈的不同层圈，对太阳特性进行连续的同步观测。观测太阳大气层的不同层面及其太阳表面遍布的大气层磁场是如何变化的，帮助人们认识太阳磁场在大气层中随高度变化的具体情况。欧洲航天局专家弗莱克评论说，“太阳-B”卫星升空是太阳物理学深入研究迈出的“重要一步”，它能够在迄今最小的尺度上对太阳磁场进行研究。
算上2006年发射的“太阳-B”和“日地关系观测台”，今后3年内全世界将发射52太阳观测卫星。2007年，欧洲将发射“Proba-2”技术验证卫星。其上携带有观测太阳的仪器。特别是它将携带一台设备作为“太阳与日光层观测台”上紫外望远镜成像(日T)摄像机的补充。当EIT集中观测太阳喷发的起源及早期进展时。“Proba-2”的摄像机将在太空中追踪它们。2008年，“太阳动力轨道器”入轨。这些研究太阳的卫星群旨在长期研究太阳及其对地球与太阳系其他行星的影响。
2015年左右。欧洲还将发射“人类与日共存”计划最后一颗卫星“太阳轨道器”。该卫星旨在接近太阳，对发生在太阳系核心的高能过程进行近距离观测。
美国航空航天局正在考虑建造一组太阳观测卫星——“太阳哨兵”。当前太阳处于平静期，但第24个太阳周期正在开始，并于2010～2012年间达到顶峰。“太阳哨兵”的任务是提供关于威胁航天员及航天器电子设备的大剂量太阳辐射的重要数据。这是一组航天器，包括“内部日球层哨兵”。它由金星与水星轨道内的4个相同的探测器组成。就近搜取高能太阳粒子样本；“近地哨兵”是一个绕地轨道航天器，从大型风暴产生处观测太阳大气层；“远端哨兵”是一个观测太阳距地远的一面的航天器。“太阳哨兵”卫星群将使用现有技术，使其建造相对加快。
太阳耀斑是太阳大气的色球层局部区域突然出现亮斑闪耀，其寿命在几分钟到几小时之间，亮度上升迅速。由于耀斑总是发生在黑子群集中的强磁场区域，因此科学界普遍认为，耀斑的起因是太阳磁场突发的重新排布。当“扭缠”磁场中储存的能量突然释放就会发生太阳耀斑，最大的磁场会产生最大的太阳耀斑。
责任编辑：兆 然