我要做一個追趕太陽的人

2023年4月23日，甘為群在南京紫金山天文臺接受本刊采訪，身旁為“夸父一號”模型。（本刊記者 楊學(xué)義 / 攝）

“夸父與日逐走，入日。渴欲得飲，飲于河渭，河渭不足，北飲大澤。未至，道渴而死。棄其杖，化為鄧林?！薄渡胶＝?jīng)·海外北經(jīng)》記載了一個中國人家喻戶曉的傳說——夸父逐日。

如今，“逐日而走”不再是癡人說夢，“道渴而死”也不再是宿命輪回。自2022年10月9日發(fā)射升空以來，我國首顆綜合性太陽探測專用衛(wèi)星“夸父一號”——先進(jìn)天基太陽天文臺在距地面720公里的太陽同步軌道，與日相望半年之久。這顆搭載著3臺有效載荷、共5架望遠(yuǎn)鏡的衛(wèi)星在遙遠(yuǎn)的外太空，講述著中國人的宇宙故事，為人類太陽物理前沿研究不斷產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。

中國科學(xué)院紫金山天文臺宣布，自4月12日起，“夸父一號”觀測數(shù)據(jù)向全球試開放。當(dāng)“夸父一號”首席科學(xué)家甘為群向《環(huán)球人物》記者回憶起這顆衛(wèi)星的前世今生時，中國天文人曲折探日之旅的一幕幕，又浮現(xiàn)在眼前，“夸父逐日”般的精神竟與幾千年前的神話故事如出一轍。

4月11日至12日，“夸父一號”觀測數(shù)據(jù)試開放全球發(fā)布暨數(shù)據(jù)使用培訓(xùn)會， 吸引了美國、英國、德國、意大利等25個國家和地區(qū)的近400位太陽物理專家學(xué)者參加。“夸父一號”每日都能傳回500GB的原始數(shù)據(jù)，差不多能夠塞滿一臺家用電腦硬盤。科學(xué)團(tuán)隊(duì)成員詳細(xì)介紹了衛(wèi)星的各項(xiàng)情況，甘為群在會上宣布了衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)試開放的范圍。

“以前我們是‘吃現(xiàn)成飯’的，用國外衛(wèi)星的公開資料進(jìn)行研究。現(xiàn)在我們終于做成了衛(wèi)星，自己寫軟件、編程序，供大家使用，變成‘燒飯’的了。這才是更加正統(tǒng)的研究過程?！备蕿槿簩τ浾哒f，過去幾十年來，中國太陽物理學(xué)家在國際上發(fā)表論文總數(shù)已經(jīng)位列前茅，但總覺得缺了點(diǎn)什么?！拔覀兛偸侵苯诱勓芯?，給別人一個結(jié)果。但說到底，這很難讓人信服。老外關(guān)心的是，這個數(shù)據(jù)是如何觀測、定標(biāo)的，以及數(shù)據(jù)的誤差大小等，而這些東西恰恰是我們欠缺的?！?/p>

長期以來，一個愿望在他的心中越來越強(qiáng)烈：當(dāng)國家發(fā)展到一定程度，必須發(fā)展自己的硬件。

“夸父一號”又稱先進(jìn)天基太陽天文臺，是由中國太陽物理學(xué)家自主提出的綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，其主要的科學(xué)目標(biāo)可以歸納為“一磁兩暴”?！耙淮拧奔刺柎艌觯皟杀敝柑柹蟽深愖顒×业谋l(fā)現(xiàn)象：耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射。在研究這些現(xiàn)象的形成、演化、相互作用和彼此關(guān)聯(lián)的同時，也為空間天氣預(yù)報提供支持。

選取“一磁兩暴”作為研究對象，是甘為群抓住太陽探測關(guān)鍵的結(jié)果。甘為群介紹：“太陽活動上升期，以太陽黑子為標(biāo)志的太陽磁場的演化就比較激烈，產(chǎn)生一系列的太陽活動，最劇烈的就是耀斑和日冕拋射物質(zhì)?！倍@些太陽活動是與地球和人類的發(fā)展有著密切關(guān)系的。太陽活動周期為11年，第25個太陽活動周期已于2020年下半年開始，將持續(xù)到2031年左右。在這一周期中，太陽活動預(yù)計(jì)將在2024年到2025年達(dá)到高峰。這將是全球太陽觀測的窗口期，衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)向全球試開放恰逢其時。

與“一磁兩暴”相對應(yīng)，“夸父一號”有三臺載荷。全日面矢量磁像儀的測量目標(biāo)是太陽物理學(xué)中的“第一觀測量”——太陽磁場。太陽硬X射線成像儀的主要科學(xué)目標(biāo)，是在約30keV-200keV能量段對太陽耀斑的輻射進(jìn)行能譜和成像觀測。萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡的主要任務(wù)是觀測日冕物質(zhì)拋射、耀斑以及暗條等劇烈的太陽大氣爆發(fā)活動，并為空間天氣預(yù)報提供內(nèi)日冕的觀測數(shù)據(jù)支持。

在這次試開放發(fā)布會議上，甘為群還宣布了“夸父一號”國際訪問學(xué)者計(jì)劃，歡迎基于“夸父一號”觀測數(shù)據(jù)的國際合作研究。他將率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)努力促進(jìn)國內(nèi)外太陽物理學(xué)家使用“夸父一號”衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)開展前沿研究。

“夸父一號”的試開放實(shí)現(xiàn)了一代人多年的心愿?！笆裁唇刑煳?？我認(rèn)為這個‘文’的第一步就是觀測，然后就涉及到儀器、數(shù)據(jù)、定標(biāo)等一系列東西，以前只要涉及到這些，就是我們的弱項(xiàng)，甚至干脆沒有，都是別人‘文’完了結(jié)果下來，我們來研究。但現(xiàn)在我可以說，我們從頭開始做，而且中國的每一個太陽物理學(xué)家都能在‘夸父一號’里找到自己的位置，用這些數(shù)據(jù)來寫論文。”

除了比喻人有大志向，夸父逐日的另一層含義為“自不量力”。而甘為群認(rèn)為，探測太陽是極為必要的。“NASA（美國航空航天局）在1958年成立之初，就有三個計(jì)劃：空間地球探測、空間太陽觀測和空間天文觀測。從1961年到上世紀(jì)70年代，NASA連發(fā)8顆太陽觀測衛(wèi)星。上世紀(jì)70年代，美國宇航員在空間站直接拍攝到日冕物質(zhì)拋射，后來人類慢慢意識到這種現(xiàn)象的重要性。”

甘為群向記者回憶，從上世紀(jì)60年代開始，世界主要空間大國已經(jīng)發(fā)射與太陽直接或間接相關(guān)的衛(wèi)星70余顆。中國雖然是航天大國，長時間以來幾乎完全沒有研制太陽衛(wèi)星的經(jīng)驗(yàn)。這不僅是科學(xué)研究上的遺憾，從某種程度上，也不利于國家安全。

2022年12月13日，甘為群在發(fā)布會上介紹“夸父一號”初步觀測成果。

“太陽爆發(fā)對我們的生活影響很大。首先是輻射增強(qiáng)，這會影響地球大氣電離層，導(dǎo)致短波通訊受到干擾。其次是太陽高能粒子，我們生活在電子時代，很多東西的電子分布是有規(guī)律的，太陽高能帶電粒子打過來，它們就亂套了。最明顯的就是衛(wèi)星，它們在大氣層外面，被高能粒子擊中很可能導(dǎo)致失靈、失控，如果宇航員正在工作，還可能對其生命安全造成威脅。即便高能粒子到了地面上，也會影響變壓器的電荷分布，導(dǎo)致地區(qū)性大規(guī)模停電。還有日冕拋射物質(zhì)，這是一大團(tuán)拋射的高溫高速物質(zhì)，一旦向地球方向襲來，將會造成嚴(yán)重后果?！?/p>

這些并不是危言聳聽，每一項(xiàng)都在歷史上真實(shí)發(fā)生過。

1859年9月1日，英國天文愛好者卡林頓觀測到太陽大黑子群內(nèi)突然出現(xiàn)極其明亮的白光，形成一堆明亮的月牙形狀，后來證實(shí)，這是太陽耀斑爆發(fā)，明亮的白光是一團(tuán)帶著電荷的等離子體云。短時間內(nèi)，英國格林尼治天文臺就測量到地磁場強(qiáng)度的劇烈變動。17個半小時后，各地電報局電報機(jī)的操作員報告說，他們的機(jī)器在閃火花，甚至電線都被融化了。這是天文學(xué)界著名的卡靈頓事件，有人估算，如果卡靈頓事件發(fā)生在對電力高度依賴的當(dāng)下，將會對供水、物流、金融等日常生活造成極為重大的影響，直接導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失可能達(dá)1萬億到2萬億美元。

1989年3月，加拿大北部地區(qū)電網(wǎng)突然遭到短時間破壞，整個魁北克省的供電系統(tǒng)癱瘓。事后證實(shí)，斷電的罪魁禍?zhǔn)拙褪翘栵L(fēng)暴。2003年，太陽又爆發(fā)了一次強(qiáng)磁暴，歐美的一系列科學(xué)衛(wèi)星遭受不同程度損害，全球衛(wèi)星通訊受到干擾，GPS全球定位系統(tǒng)受到影響，地面和空間一些需要即時通訊和定位的交通系統(tǒng)不同程度地癱瘓了。

“夸父一號”發(fā)射成功后，能夠提前40小時左右對災(zāi)害性空間天氣事件發(fā)出預(yù)警，并為中長期空間天氣預(yù)報研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

即便沒有這些災(zāi)害，太陽探測也是人類必須完成的使命?！盀槭裁匆獜?qiáng)調(diào)基礎(chǔ)研究？因?yàn)樗驮谶@個地方，我們應(yīng)該看到人類本身就生存在這個系統(tǒng)中，就應(yīng)該了解這些。往往不知不覺間，這些研究就自然而然地和人類發(fā)生關(guān)系了。太陽就是一個天然的物理實(shí)驗(yàn)室?！备蕿槿赫f。

甘為群清晰地記得，在上世紀(jì)80年代初，由于國內(nèi)缺少觀測設(shè)備支持，還在讀研的他只能大量地借助國外衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)寫論文。在計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)尚未普及的年代，他只能致信國外科學(xué)家，請求他們將觀測數(shù)據(jù)打印好，郵寄回南京。他早年研究需要的數(shù)據(jù)，便是拿著尺子在這些郵寄回來的資料上一點(diǎn)點(diǎn)提取出來的。

回想起那段時光，甘為群看到的不僅是青春，更有從那時就堅(jiān)定的理想。

在甘為群的博士畢業(yè)論文結(jié)尾，有一句話醒目而有力：“我要做一個追趕太陽的人?！?/p>

他是這樣說的，也是這樣做的。縱觀甘為群的科研經(jīng)歷，他在每一個人生節(jié)點(diǎn)都充滿了夸父的那種屢敗屢戰(zhàn)、鍥而不舍的精神。

1979年，甘為群考入南京大學(xué)天文系，并在此后攻讀碩士和博士研究生，畢業(yè)后又一直在南京紫金山天文臺工作?？梢哉f，他既是中國太陽觀測發(fā)展史的見證者，也是參與者。

早在1958年，南京大學(xué)天文系就提出建造中國第一座太陽塔，即塔式太陽望遠(yuǎn)鏡。幾經(jīng)擱置、重啟后，太陽塔終于在1979年9月建成了，甘為群極為幸運(yùn)地趕上了這一時刻。這座太陽塔正是甘為群后來的碩士和博士研究生導(dǎo)師方成院士設(shè)計(jì)和研制的。在艱苦的求學(xué)歲月里，甘為群成了方成團(tuán)隊(duì)的骨干成員。為了更好地完成論文，甘為群每天往返于太陽塔和校園之間。這是一段20公里的路程，除了坐公交車，還要步行一大段距離，需要兩個多小時。每一天，甘為群都是披星戴月，要趕在太陽升起前過來，直到太陽落山，都不肯離去。

太陽爆發(fā)的機(jī)理示意圖。

“夸父一號”概念圖。

甘為群記得，太陽塔里有一臺天文系僅有的計(jì)算機(jī)，那是方成在國外考察和講學(xué)期間省吃儉用買下來的。所以每天太陽落山之后，他依然舍不得走，用電腦工作到很晚，以至于每天都是披星戴月。他的畢業(yè)論文是《耀斑大氣半經(jīng)驗(yàn)和理論模型》，需要進(jìn)行大量的太陽觀測。但偏偏在緊張的沖刺階段，南京陰雨連綿，情急之下，甘為群干脆每天住在這里，一邊寫論文，一邊看天氣臉色，見縫插針地觀測。

這里的工作人員不止一次發(fā)現(xiàn)，由于連續(xù)熬夜、過度疲憊，甘為群趴在桌子上睡著了，叫都叫不醒。功夫不負(fù)有心人，天氣放晴了，他的論文也完成了，從那時起，他就用科學(xué)家的方式，演繹“夸父逐日”了。后來，他的博士論文發(fā)表在美國《天體物理》雜志上，開創(chuàng)了南京大學(xué)博士學(xué)位論文在此雜志發(fā)表之先河。

畢業(yè)后，甘為群本有機(jī)會留校，但由于種種原因，未能如愿。方成推薦他到紫金山天文臺的張和祺臺長那里工作，在天文學(xué)界，這同樣是個赫赫有名的人?！皷|方紅一號衛(wèi)星發(fā)射成功后，我們國家具備了發(fā)射衛(wèi)星的能力?？茖W(xué)界后來就提出了‘兩船一站’計(jì)劃?！备蕿槿航榻B，這其中的一個“飛船”指的就是“天文一號”，就是張和祺在上世紀(jì)70年代中期的一次全國科學(xué)規(guī)劃會議上提出的，并得到了國家的重視?！疤煳囊惶枴钡目茖W(xué)目標(biāo)是填補(bǔ)中國空間天文的空白，以太陽觀測，特別是耀斑爆發(fā)為主。

“天文一號”原計(jì)劃在1980年至1981年的太陽活動第21周峰年期間發(fā)射，這樣就可以和當(dāng)時美國“太陽極大年”衛(wèi)星、日本“火鳥”衛(wèi)星等處在同一個時期了。可惜的是，由于衛(wèi)星的部分儀器研制難度超出預(yù)期，加上改革開放初期百廢待興、國家政策調(diào)整，計(jì)劃擱置了。

“我知道你的名字，還看過你的論文?！币姷礁蕿槿旱牡谝幻妫瑥埡挽骶蜆O為欣賞，不久之后，就讓他到空間天文實(shí)驗(yàn)室工作了。不過，工作后不久，一位老同事就提醒他，空間天文是一個“費(fèi)力不討好”的行當(dāng)，干了一輩子，都可能兩手空空，“天文一號”就是個例子。在后來的人生經(jīng)歷中，這一說法也確實(shí)得到過多次驗(yàn)證。

“上世紀(jì)80年代是科學(xué)的春天，我們還是做了很多事，空間探測包括放氣球、火箭和衛(wèi)星，我們那時放了一些氣球進(jìn)行天文觀測。”甘為群說，憑著內(nèi)心的熱愛，以及對國外先進(jìn)科學(xué)的借鑒吸收，他還是堅(jiān)持了下來。

上世紀(jì)90年代，甘為群和同事們等到了一個好機(jī)會。1992年9月21日，中央批準(zhǔn)我國載人航天工程按“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施，簡稱“921”計(jì)劃。甘為群回憶：“在神舟系列飛船早年發(fā)射階段，可以搭載一些儀器設(shè)備?！睆埡挽靼盐兆C(jī)遇，為紫金山天文臺爭取到空間天文探測包搭載神舟二號載人航天試驗(yàn)飛船的寶貴機(jī)會。

1994年，空間天文探測儀器計(jì)劃取得積極進(jìn)展，正式立項(xiàng)。在后來的7年時間里，紫金山天文臺與中國科學(xué)院高能物理研究所共完成了3臺高能輻射探測器的研制。2001年1月10日，探測器隨神舟二號飛船順利入軌。在軌運(yùn)行165天期間，探測器除了觀測到宇宙伽馬射線暴，還觀測到數(shù)十個太陽伽馬射線耀斑和逾百個太陽硬X射線耀斑。這是中國空間太陽天文零的突破。

幾乎在“921”計(jì)劃推進(jìn)的同一時期，北京天文臺臺長艾國祥院士提出了空間太陽望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃。幾經(jīng)努力，艾國祥向張和祺提出，以“合作”的名義讓甘為群參與空間太陽望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃。

此后漫長的十多年時間里，甘為群一直配合艾國祥進(jìn)行這個計(jì)劃，但由于技術(shù)難度太大，加上其他種種原因，項(xiàng)目在后來陷入了困難局面。甘為群坦誠地說：“我和艾院士有些不同看法，我認(rèn)為應(yīng)該從小的望遠(yuǎn)鏡開始干起，一步步來，而艾院士認(rèn)為，要做就做大的。”

后來，甘為群按照自己的思路，從太陽探測小衛(wèi)星開始做起。2004年，甘為群得到一個難得的機(jī)會，當(dāng)年7月，國際空間研究委員會第35屆世界空間科學(xué)大會在法國巴黎召開。甘為群以紫金山天文臺副臺長的身份參會。會議期間，他得知法國有兩個小衛(wèi)星計(jì)劃方案，便將紫金山天文臺正在開展的太陽高能小衛(wèi)星預(yù)先研究提出來。大家建議中法合作，將三個小衛(wèi)星計(jì)劃合并起來，經(jīng)過商議，提出中法合作“太陽爆發(fā)探測小衛(wèi)星”的概念。其科學(xué)目標(biāo)是瞄準(zhǔn)太陽活動第24周峰年，研究耀斑非熱粒子的加速和傳播作用過程、日冕物質(zhì)拋射的形成和早期演化以及耀斑和日冕物質(zhì)拋射之間的關(guān)系。

這一項(xiàng)目本來非常有利于我國空間太陽探測進(jìn)程，甘為群作為科工委項(xiàng)目中方負(fù)責(zé)人全力推進(jìn)。但就在他滿懷希望之時，法方由于項(xiàng)目安排沖突等原因，在2009年初終止這一項(xiàng)目。甘為群的“逐日之旅”再次遭遇挫折。

幸運(yùn)的是，盡管遭遇一次次打擊，但甘為群趕上了國家科技發(fā)展的好時代，特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，他總能尋找到更多機(jī)會。2006年，中國科學(xué)院提出空間科學(xué)規(guī)劃，他負(fù)責(zé)空間天文和太陽物理領(lǐng)域。2011年， 他胸有成竹地提出中國第一顆綜合性太陽探測衛(wèi)星——“先進(jìn)天基太陽天文臺”的概念，并于同年獲得中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)計(jì)劃的支持，列入預(yù)先研究項(xiàng)目。

一個空間項(xiàng)目要想走到最后，必須經(jīng)歷三個階段：預(yù)先研究、背景型號、衛(wèi)星工程立項(xiàng)與實(shí)施。而在這些階段，甘為群又經(jīng)歷了意見分歧、經(jīng)費(fèi)緊張等一系列困難。他都咬著牙，一一克服了。

讓他永遠(yuǎn)難忘的，是2022年10月9日這一天。清晨7點(diǎn)43分，迎著剛剛升起的太陽，長征二號丁運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功將“夸父一號”先進(jìn)天基太陽天文臺衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得成功。

“那天，大家在微信群里紛紛祝賀我。而我腦海中突然跳出‘一條路走到黑’這句話?！蹦切┨?，他在酒泉現(xiàn)場看到很多科技工作者同他一道沒日沒夜地緊張奮戰(zhàn)在一線，突然明白了一些事情。原來在“逐日之旅”上，他并不孤獨(dú)。中華民族永遠(yuǎn)都不會失去夸父逐日的精神，但再也不必重復(fù)那遙不可及的命運(yùn)了。

“只要方向正確，‘一條路走到黑’的盡頭，一定是光明！”