摘要：太阳是迄今唯一一颗能够被人类详细观测的恒星，太阳活动是影响人类生存环境的空间天气的源头。太阳影响地球气候和环境长期变化的程度与应对之策，是意义重大且至今争议未决的重要科学问题。因而，太阳物理学研究具有显著的科学价值和紧迫性。近年来，在太阳空间立体探测方面，我国学者提出一系列具有高度前瞻性和战略性的设想和计划。实践中，我国的空间太阳探测开始的时间较晚，“羲和号”与“夸父一号”的成功发射，标志着中国在太阳探测领域迈出重要步伐。完成“羲和二号”和“夸父二号”空间探日项目，是“十五五”期间的重要工作任务。未来，应确立清晰的发展思路，仰望星空、脚踏实地，一步一个脚印开启星际探测新征程。
近年来，中国空间探日工程取得了一系列里程碑式进展。习近平总书记始终高度关注航天事业发展，在接见探月工程嫦娥六号任务参研参试人员代表时指出，接续实施好深空探测等航天重大工程，推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展，为建设航天强国再立新功。在这一重要论述的指引下，中国科学院、国家航天局、中国载人航天工程办公室联合发布《国家空间科学中长期发展规划（2024—2050年）》，提出我国有望取得突破的五大科学主题，其中“日地全景”将太阳立体探测和外日球层探测列为优先发展方向之一，为未来我国太阳和空间物理领域的探测任务提供清晰的路线图。
人类空间探日的历史征程与当代使命
太阳是太阳系的主天体，是唯一一颗可对其进行高空间分辨率（<0.1角秒）、高时间分辨率（1毫秒）、高偏振测量精度（以磁场测量精度计约为1高斯）的多视角立体观测，并可对太阳风粒子等进行局地测量的恒星。在银河系数以千亿计的恒星中，太阳具有唯一性。太阳在其第三颗行星——地球上孕育灿烂的生命，其中就包括智慧的人类。太阳为地球上的人类提供无尽的光和热，创造并呵护人类美丽的家园，给人类以会思考的、智慧的生命。而被赋予智慧生命的人类，又从对太阳的探测中理解自己，理解太阳，理解宇宙和生命的起源。
人们敬仰太阳的伟力，歌颂太阳的神圣，感恩太阳的馈赠，也在试图理解它的神奇和美丽。两千多年前，屈原在他的诗篇《天问》中，提出不少与太阳有关的问题，不仅包括“日月安属？列星安陈？”等对太阳的归属和运行的思考，还包括“羲和之未扬，若华何光？”等对太阳活动影响的追问，以及“何所冬暖？何所夏寒？”等有关地球气候变化的思索。
今天，诗人浪漫的思绪“折若木以拂日兮，聊逍遥以相羊”第一次成为现实。人类的帕克太阳探针（PSP）在2024年12月和2025年3月，已经两次飞入离太阳表面8.7个太阳半径的日冕内“触摸”太阳，试图揭开日冕如何被加热到百万度的世纪难题。帕克探针发现遍布日冕的“纳米耀斑”等大量奇妙的现象，谱写人类探索太阳奥秘的光辉篇章。
像天文学中其他学科领域一样，太阳物理学是观测发现驱动的科学；同时，太阳物理学的进步离不开基础科学的引领。1908年，乔治·埃勒里·海耳（George Ellery Hale）基于获得诺贝尔物理学奖的塞曼效应的发现，第一个证实太阳黑子存在强磁场。这是人类第一次用物理学的理论和方法研究天体对象，标志着太阳物理学或者说天体物理学的诞生。
由于太阳电磁辐射、高能粒子注入和等离子体云抛射的多信使、全电磁波段的属性，空间太阳观测对太阳物理学的进步和空间天气预报起到越来越重要的作用。自航天时代以来，进行太阳空间观测的卫星和探测装置已达到约80个。太阳和日球层天文台（SOHO）、太阳动力学天文台（SDO），“日出”卫星（Hinode），帕克太阳探测器（PSP），太阳轨道器（Solar Orbiter），先进天基太阳天文台（ASO-S）等，正遨游太空，协同努力，为揭示太阳的奥秘提供新的观测数据，创造人类认识自己家园的奇迹。人类正在开启一个空间探日的黄金时代。
我国“羲和号”太阳探测科学技术试验卫星和“夸父一号”先进天基太阳天文台，先后于2021年和2022年进入太空，加入国际空间探日的前沿领域。欧美合作的太阳轨道器尤利西斯号（Ulysses）飞离黄道面，对更宽的太阳纬度范围做太阳磁场、活动和太阳风的观测。在地面重大设备中，美国地基4米口径的丹尼尔·井上太阳望远镜（DKIST），以史无前例的对太阳表面约20公里的空间分辨率和几高斯的磁场探测精度，观测太阳表面的磁场结构和太阳活动现象。2026年1月23日，美国首颗业务化运行的空间天气监测卫星（SWFO-L1，后更名SOLAR-1）进入日地连线的L1点。它的主要任务是提供数据支撑，以便预警可能对电网、GPS导航、卫星通信、航空飞行，甚至宇航员安全构成威胁的太阳活动。
太阳物理学研究的重要性
《中国天文学2035发展战略》指出，对太阳的研究不仅是人们理解浩瀚宇宙的基石，而且是人们认识日地关系，理解系外行星宜居性的基础。可以说，太阳研究的目的，是加深对我们生存的空间环境的理解，更好地规划人类的未来。
作为天体物理对象，太阳是迄今唯一一颗能够被人类详细观测的恒星。在以恒星颜色或光谱型（主要表征恒星表面温度）和恒星的光度（主要依赖恒星的质量）对恒星进行分类的赫罗图中，太阳位于主序星带上。主序恒星可大致地被理解为依靠其核内由氢聚变为氦的热核反应提供能量的恒星。太阳在主序带上已经生活了46亿年，还可在主序带稳定地存在约50亿年。从日核内由氢聚变为氦的热核反应，到释放的巨大能量向外通过辐射传播，驱动对流并在对流层内产生磁场，再到太阳磁场浮现出太阳表面并相互作用，形成色球、日冕和太阳活动、加速能量粒子，形成太阳风，太阳影响行星环境的整个过程已得到初步的了解。太阳作为唯一一颗被详细观测和研究的恒星，成为理解恒星和由恒星组成的星系奥秘的钥匙。
在广袤的银河系内，太阳通过太阳风雕琢出一个巨大的被称为日球层（Heliosphere）的空腔。那里是太阳和包括地球在内的八大行星，及无数小天体运行的地方，是在宇宙中唯一所知的智慧生命的摇篮。太阳与地球大气和磁场的相互作用，可能是生命乃至智慧生命存在的基础。对太阳和太阳系的研究，为理解地球上生命的起源，以及太阳系外类地生命的宜居性提供重要指引。
作为影响人类生存环境的空间天气的源头，太阳活动的研究具有较强的紧迫性和广泛的关注度。20世纪90年代中期，一个新的应用学科——“空间天气学”得到发展，并逐渐成为一个活跃的学科领域。空间天气大致可理解为，通常剧烈的环绕地球的空间环境的变化。空间天气更具体和较为详细的定义，是指发生在太阳大气、地球和近地空间直至太阳系环境，影响人类生存条件、人类高技术系统可靠运行和人类空间活动安全的灾害性变化。
太阳是空间天气的驱动者。太阳以太阳耀斑、暗条（日珥）爆发和日冕物质抛射等形式的爆发活动，释放巨大的能量，驱动灾害性空间天气，通过强烈增长的电磁辐射、高能粒子注入和磁化等离子云抛射等方式，直接影响人类生存的空间环境，危害人类高技术系统运行和空间活动的安全。空间天气涉及的日地环境包含太阳大气、行星际空间、地球磁层、电离层、热层和中间层，包括地球低轨处的中性大气。一次强大的日冕物质抛射，能将几十亿吨的高温等离子体及所携带的磁场，抛向行星际空间形成磁云，撞击并撕裂保护地球的磁层顶；在地球磁尾，通过磁力线重新连接（磁重联）导致地磁暴和电离层暴，影响乃至破坏大范围电网的运行，扰乱短波无线电通讯、损害导航、定位的精度，危及宇航员的健康和空间设施安全。在越来越依赖空间高技术系统的今天，空间天气成为人类必须面对的一类自然灾害。
20世纪60年代，我国已建立太阳活动和空间环境预警预报中心，是国际空间环境服务组织的重要成员，在维护空间环境安全方面发挥不可取代的作用。人类对太阳活动和空间天气灾害的预警和预报，已经像天气预报一样，成为世界范围内一项空间环境服务的业务工作。
随着人类高科技活动的拓展，太阳活动影响的一些新方面引起人们的广泛关注。近地轨道空间（离地面200～1200公里）的范围，是载人航天器、通讯和侦察卫星集中的空间区域。其低层中性大气的密度，在太阳活动影响下可增长2～4倍，其增长产生的拖曳效应严重影响卫星入轨和轨道维持。例如，2022年2月，一次中小程度的地磁暴中，美国刚发射的49颗星链卫星里，有38颗因大气阻力急剧增加而提前坠毁。
太阳活动对现代精准农业的影响也日渐显著。由全球定位系统（GPS）控制的自动化农业机械，在强地磁暴期间会出现行为紊乱，给精准农业造成严重经济损失。
作为主导地球环境长期变化的关键因素，太阳在多大程度上影响地球的气候和环境长期变化，太阳的长期变化和人类活动的影响哪个更重要，我们该如何应对长期的气候变化？这是意义深远且至今仍争议未决的重大科学问题。在讨论太阳长期变化对地球环境的影响时，著名的“蒙德极小期”地球环境所受的影响是一个具有代表性的例子。在1645～1715年间，太阳活动水平极端衰微，日面几乎看不到太阳黑子。整整七十年，有记录的黑子总数仅有约50个，为太阳正常活动水平黑子数的约千分之一，并且大多分布在太阳的南半球。这一时期被学术界称为“蒙德极小期”。它与地球“小冰河期”（1550～1770年）中最冷的时段，在时间上高度重合。我国上海、江苏、广东等地狂降暴雪；欧洲主要河流（如泰晤士河）频繁结冰，法国仅1709年冬季就经历了七次寒潮，巴黎和凡尔赛的气温降至零下20摄氏度，据说国王瓶中的葡萄酒都结了冰。极端严寒对包括中国在内国家和地区的农业生产和社会稳定造成了严重影响。对像“蒙德极小期”这种太阳极端的、长期的灾害性变化成因的研究，在今天仍具有重要的科学价值和紧迫性。
目前，太阳活动处于第25太阳周活动水平的下降段。这一太阳活动周曾普遍被认为是一个活动偏弱的太阳周。例如，美国宇航局和大气海洋管理局的国际专家小组2019～2020年预测，第25周将是一个活动较弱的周期，强度与百年最弱的第24周类似，太阳黑子数的平滑峰值约为115。然而，自2020年开始，太阳活动的增强速度远超预期。进入2024年后，其活跃程度完全颠覆了早期的预报。更未预料的是，在这个被认为活动水平偏弱的太阳周，发生了极端太阳活动事件——“2024年5月事件”（又被称为母亲节事件或甘农事件），导致自2003年以来最强的地磁暴。农业经济学家估计，强地磁暴导致全球卫星导航系统大规模中断，仅在美国中西部农作物播种期，生产者就遭受了5亿多美元的经济损失。这警示我们，人类对极端太阳风暴发生机理的认知依然薄弱，预测能力仍旧十分有限。在人类文明日益延伸至太空并深度依赖数字技术的今天，我们与太阳的联系比以往任何时候都更紧密，也更敏感。
像“2024年5月事件”这样强的太阳风暴，历史上还有若干次，如1859年9月，导致人类当时唯一的高技术系统——全球电报系统瘫痪的“卡灵顿事件”；1989年3月，造成加拿大魁北克全省停电9小时的“魁北克事件”；2003年10月，出现卫星丢失和大面积导航与通讯中断的“万圣节事件”。太阳风暴的发生和影响似乎已广为人知，但其规律和周期性却依然超出我们的认知范围。除了太阳黑子11年活动周和关于太阳活动区磁场演化的初步物理图景，我们尚不清楚决定极端太阳活动和空间灾害事件的太阳长期变化的规律性，也尚无可靠的理论和数值模型来理解并可靠预报其发生的时段、特点和影响的程度。
理解、预测和应对未来可能出现的极端空间天气风暴，是保证人类技术文明可持续发展必须做好的准备，也是太阳和空间物理学者的神圣使命和不可推卸的责任。极端空间灾害天气发生的规律和预报，是太阳和空间科学领域一个重大的科学难题。
国内外太阳空间探测现状
人类与日同在，生活在太阳风和太阳辐射的宜人怀抱。太阳的输出具有电磁辐射、能量粒子注入、磁化等离子云抛射等形式，对太阳的空间探测，成为观测、认知和理解太阳的重要途径。当前，太阳空间探测正处于一个黄金时代。
目前多数空间探日装置仍局限于黄道平面。欧美合作的太阳和日球层天文台（SOHO），美国的空间天气卫星（SOLAR-1），印度的“太阳神-L1号”（Aditya-L1），都工作在日地连线的引力平衡点L1附近，持续不断地观测太阳，实时监测太阳活动。值得关注的是，SOHO于1995年12月成功发射，原定设计寿命为两年，却至今在轨运行。SOHO所开创的日震学空间观测、对太阳风起源和加速的追踪、发现和记录的3万个日冕物质抛射和人类历史上一半以上的4000多颗彗星，改变我们对太阳和空间环境的认知。SOHO科学目标的设定和载荷研制的经验值得研究借鉴。
继SOHO之后，2010年2月，美国的太阳动力学天文台（SDO）成功发射；作为人类“与日同在”计划的一部分，其主要任务是探究太阳如何影响地球和人类生存环境。太阳动力学天文台首次提供了对太阳全日面向量磁场的高时空分辨率、高灵敏度的观测，提供了太阳大气从光球到低日冕的紫外、远紫外10个波段高时空分辨率的图像。特别值得注意的是，太阳动力学天文台团队不仅提供太阳磁场的实时观测数据，还针对太阳研究和太阳活动预报学者的需要，发布基于实时观测数据归算和导出的、描述磁场复杂性与非势性的物理量分布，服务学术研究和应用研究学者的需要。太阳动力学天文台为太阳活动研究和空间天气预报业务提供了不可或缺的数据基础。
欧美合作的太阳轨道器（Solar Orbiter）被认为是有史以来建造得最复杂的太阳空间科学实验室之一。太阳轨道器借助多次地球和金星的引力“弹弓”，逐渐抬高轨道倾角，最终将达到33度的高倾角。这使其成为第一个脱离黄道面的空间探测器。太阳轨道器以前所未有的视角观测太阳，包括从高纬度窥视太阳南北两极；其最内层近日点距离太阳仅0.28倍日地距离（约4200万公里），比水星轨道离太阳还近。自2020年2月发射以来，太阳轨道器已取得多项重要的发现性成果，如对尺度仅数百公里、持续时间仅20到100秒的“皮米耀斑”的发现；与帕克太阳探测器的原位观测结合，将有望揭开日冕加热和高速太阳风起源的秘密。
自2018年发射以来，作为首个“触摸太阳”的探测器，帕克太阳探测器（PSP）正在改写太阳物理学的教科书。帕克太阳探测器进入离太阳表面仅8.7个太阳半径的日冕内，首次穿越导致太阳耀斑中磁能爆发式释放的磁重联区域，第一次直接证实了80多年来太阳物理学家关于磁重联的概念和理论；在太阳风起源这一重大科学问题上，帕克太阳探测器发现太阳风在太阳附近不仅旋转速度远高于预期，而且充满了被称为“之”字形的磁场折反结构。帕克太阳探测器最终阶段的飞越观测无疑将取得新的科学发现，或提出新的科学问题，留给人类未来探索。可以说，帕克太阳探测器是人类智慧与探索精神的一个丰碑。
我国的空间太阳探测开始的时间较晚，却已迈出坚实步伐。2021年10月，我国成功发射首颗太阳探测科学实验卫星“羲和号”，其独具特色的全日面太阳色球成像光谱仪，精确刻画太阳大气自转的图像。2022年10月，太阳先进天基天文台“夸父一号”发射升空，对太阳磁场，耀斑和日冕物质抛射进行综合观测；其国际先进水平的太阳硬X射线成像观测，目前在太阳高能物理空间探测中具有唯一性。这两颗科学探测卫星的发射成功，为中国空间探日工程注入了信心，积累了经验。
中国空间探日工程的目标与蓝图
我国的空间太阳探测刚刚起步，与欧美等发达国家相比还存在差距。为推进学科进步，服务国家对可靠的空间天气预报的需求，必须发展太阳空间探测。尤为重要的是，确立清晰的发展思路，仰望星空、脚踏实地。实现对太阳的立体探测，即在黄道面之外和日地连线之外的立体多视角，探测太阳辐射、太阳的磁场和流场，以及对太阳爆发的多信使观测，对认识太阳的总体结构和性质，理解太阳活动的起源、分布、完整过程及日地总体联系非常重要，将为保障国家空天安全和高科技系统的可靠运行，提供有效的预报和警报，服务国家的发展战略。
近年来，我国学者提出了一系列太阳空间立体探测的设想和计划。这些建议和思考涵盖从在黄道面的环日360度视角的空间观测，到在太阳极轨对太阳两极的正面观测，具有高度前瞻性和战略性。
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十五个五年规划纲要》将深空探索列为前沿科技攻关的重点。“十五五”期间，将开展两项具有国际领先水平的空间探日项目——“羲和二号”（日地L5太阳探测工程）和“夸父二号”（太阳极轨天文台）。“羲和二号”和“夸父二号”共同构成国际领先水平的太阳立体探测任务，在国家深空探测的战略层面具有重要的意义。
日地系统引力平衡的L5点位于地球环绕太阳运行的轨道上。如果将地球公转方向视作“前方”，L5则在地球的“身后”约60度。“羲和二号”将提前4、5天观测到即将转向地球正面的太阳黑子群和活动区，并提前评估可能给地球环境造成影响的太阳活动特征。更重要的是，如果“羲和二号”与在日地连线的L1点的探测器同时观测太阳，我们就能够实现从不同视角观测解析太阳活动对象，更好地理解太阳磁场和太阳活动的立体结构与演化特征。这无论对太阳活动研究，还是空间天气预报都非常重要。“羲和二号”携带太阳磁场望远镜、极紫外成像仪、日冕日球层成像设备、高能太阳望远镜和原位测量设备，具备兼顾研究和预报应用的功能。“羲和二号”将于2028～2029年发射，将在国际上首次实现在日地L5点常驻，对太阳进行长期的观测研究。
欧空局负责欧美多国合作的Vigil计划也将常驻日地L5引力平衡点，但预计将晚于“羲和二号”两年发射，对太阳进行空间天气业务的观测。“Vigil”一词有哨兵和守夜的含义。Vigil计划专注空间天气预报业务，观测设施与“羲和二号”有所不同；但一些关键数据的获取，例如，对太阳光球的磁场观测、在极紫外波段对太阳过渡区和日冕的成像观测、对日冕物质抛射的日冕仪的观测等，两颗卫星均能够实现。两颗卫星有望在L5点附近实现协同与接续观测，从L5点获得十年或更长时期连续的观测资料。
“夸父二号”，即“太阳极轨天文台”（Solar Polar Observatory, SPO），是中国“太空探源科学卫星计划”中的旗舰任务之一。其中心使命，是实现人类历史上首次对太阳极区的正面成像观测，包括诊断极区磁场的起源、演化、磁通量输运和极性反转过程，太阳极区流场的局地特征和日震学属性，探测高速太阳风的源头和早期加速机理，认知极区太阳活动的性质及影响等。“夸父二号”搭载的主要探测设备包括：磁场与速度场成像仪——首次对太阳极区的矢量磁场和物质运动速度实现高精度成像；极紫外望远镜——观测太阳过渡区和日冕的结构和活动；日冕仪——研究日冕结构及太阳风的传播；X射线成像望远镜——观测太阳耀斑等高能爆发现象；原位测量包——综合探测太阳风等离子体和高能粒子。
选择太阳极区作为优先空间探日目标，是中国学者基于科学上的重要性和紧迫性，作出的具有战略意义的选择。太阳极区是人类尚未开展正面成像观测的未知区域，其奥秘亟待破解。特别是，按照太阳活动周起源的理论，极区是太阳总体发电机过程中的极向磁场分量，是产生复杂的太阳黑子群和激烈的太阳爆发的太阳环向磁场之源；而观测已经证实，极区是高速太阳风的发源地。探测太阳极区的奥秘，将为研究两个起源——太阳黑子11年活动周的起源和高速太阳风的起源，构建人类家园——日球三维模型提供必需的观测基础。需要指出，中国学者在国际上最早对太阳极区向量磁场进行了高分辨率的观测研究，揭示了极区磁场的强场和弱场两分量特征，以及极区开放磁通量所占的比例，为极区空间探测做了前期的科学准备。
极区太阳磁场和活动探测，是太阳物理研究中的前沿科学领域。在太阳物理研究的历史上，欧空局和美国宇航局合作的Ulysses卫星，是迄今为止唯一完成了对太阳极区完整环绕的探测器，其发现太阳磁场以极为复杂的形式进入太阳系。然而，Ulysses没有成像观测。2025年3月，太阳轨道器曾以17度的倾角拍摄太阳南极的高清图像。太阳极区探测是国际上最优先级的探日目标。美国“太阳极区轨道器”（Solar Polar Orbiter）计划，在美国未来十年的太阳和空间物理发展战略中，占据着最高优先级的旗舰任务地位，计划从2029年开始研制，2037年发射，预估成本是20.8亿美元。该计划旨在对太阳南北两极进行首次高精度成像和磁场测量，直接回应当前太阳物理学的核心难题：揭示太阳磁活动周期起源；理解极区磁场对太阳活动的驱动作用；提升空间天气预报能力。美国“太阳极区轨道器”计划与中国“夸父二号”在科学目标上高度一致——首次实现对太阳极区的高精度成像观测。两者在任务进程上存在一定的时间差，未来有望在数据共享和协同观测方面形成互补。
习近平总书记要求我们，一步一个脚印开启星际探测新征程。这是中国科学工作者的神圣使命。今天，实现对太阳极区的正面科学探测，已成为空间科学竞争的战略制高点。我们应学习“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”的探月精神，锚定目标，奋力拼搏，圆满实现“太阳极轨天文台”规定的科学任务，在基础科学研究和高技术领域取得突破性的重大成果。未来五年圆满完成“羲和二号”和“夸父二号”规定的任务，对我国太阳和空间科学界具有极大的挑战性，需要超乎寻常的科学组织和协力拼搏。
值得指出的是，无论是在地球轨道L5点的对日观测，还是在太阳极轨对太阳两极的正面探测，其科学重要性已得到较为系统的研究和论证，取得国际学术界相当程度的共识。关键在于，我们能否在现有基础上精益求精、追求卓越。这要求我们必须发扬“钉钉子”精神，锲而不舍地狠抓落实。除了轨道设计和卫星研制，星上载荷和探测器的研制遴选，科学队伍的组织凝聚，地面应用系统的布局建设，都与科学目标的实现紧密相连，都亟需落到实处。
我们深知，在“羲和二号”和“夸父二号”之后，在星际探测的征程上，我们还会有其他更具挑战性的科学目标和空间探测任务。中国的空间探日工程已经启航，正走向辉煌。
汪景琇，中国科学院院士，中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学资深讲席教授。研究方向为太阳磁场和太阳活动，相关论文有《中国的空间“探日”时代》《预测太阳磁场的时空分布，认识太阳活动演化规律》《中国天文学发展的机遇、挑战和拼争》等。
来源：《学术前沿》杂志2026年第8期（注释从略）
