昨晚，我国在太原卫星发射中心成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，标志着我国进入了“探日”时代。“羲和号”的全称是太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星，什么是Hα？“双超”又是什么意思？这颗卫星能探测到太阳的哪些奥秘？解放日报·上观新闻记者采访了上海天文馆网络科普部部长施韡。

从三楼跳到二楼的辐射是Hα

Hα读作“氢阿尔法”，是指氢原子的一条谱线，波长为656.281纳米，位于可见光的红光范围内。什么是氢原子谱线呢？施韡解释说，根据原子的玻尔模型，电子并非在原子内的一条特定轨道上围绕原子核运动，而是在能量呈量子化分布的“轨道”上运动。

所谓量子，是一个物理量不可分割的最小单位。某个物理量如果不能连续变化，只能取一些分立的值，它就是量子化的。好比走楼梯，我们只能登上一个台阶，而不能登上半个。科学家发现，微观世界的许多物理量是量子化的。如氢原子中电子的能量只能取一个基本值——13.6电子伏特或者其1/4、1/9、1/16、1/25等，而不能取其2倍或1/2、1/3。

氢原子的原子核外存在无数能级，每个能级都能看作一条轨道，并且能级之间不连续、不均匀。虽然氢原子只有一个电子，但它可以出现在任意一个能级，而且可以在能级之间跃迁。电子从能级“n=3”跃迁至“n=2”，释放出特定能量的光，这就是Hα发射谱线。

电子从能级n=3跃迁至n=2，释放出特定能量的光，这就是Hα发射谱线。（来源：维基百科）

“你可以把氢原子核外电子的轨道想象成一幢楼的各个楼层，地面就是原子核，每个楼层是一个能级，从下往上分别用n=1、n=2、n=3等等来标记。”施韡说，物理学家把从三楼及以上高度跃迁至二楼的电子所发出的谱线称为“巴耳末系”（以物理学家约翰·巴耳末命名），其中从三楼跳到二楼的辐射称为Hα，从四楼跳到二楼的称为Hβ，从五楼跳到二楼的称为Hγ，以此类推。

红光Hα是可见光谱范围内最亮的氢谱线。观测这个波段的光，天文学家能了解太阳光球层、色球层的大气特征以及日珥等大气活动，分析太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化，从而深入研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。

Hα波段下的全日面像（摄影：Alan Friedman）

双超平台技术应用前景广阔

“羲和号”卫星采用超高指向精度、超高稳定度的“双超”卫星平台设计，大幅提高了载荷姿态指向精度和姿态稳定度。

对此，施韡解释说，卫星一般由平台和载荷组成。卫星平台负责整个卫星的系统服务和保障，包括控制、推进、热控等系统。载荷就是执行科学任务的探测器，如CCD相机、粒子探测器、磁场计等。传统的卫星设计将载荷与平台直接连接，载荷的指向性与稳定度完全依靠平台实现，然而平台好“动”，载荷好“静”——卫星在轨道运行时，平台的微振动无法避免，而载荷需要始终精确指向目标，所以载荷的指向精度和稳定度总会受到平台振动的制约。

为解决这个矛盾，卫星研制团队在设计上做了创新，将卫星平台分为两个舱体——平台舱和载荷舱。平台舱包含结构分系统、综合电子分系统、测控分系统、数传分系统、电源分系统、姿轨控分系统、电浮控制分系统和舱间连接解锁分系统，载荷舱包含载荷舱结构、载荷舱综合电子和载荷。两舱之间采用电浮控制，达到了“动静隔离、主从协同”的效果。

双超卫星载荷设计（来源：南京大学天文与空间科学学院）

利用这套“机身防抖”技术，载荷的指向性和稳定度较传统卫星提升1—2个数量级，将使“羲和号”在太空“拍照”时更准更稳，获得更高质量的图像。

未来，双超平台技术将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、系外行星发现等航天任务中广泛应用，有望推动我国空间科学技术实现跨越式发展。