日地环境监测台(“羲和计划”)研究报告通过评审

　　日地环境监测台（Solar Terrestrial Environment Monitor，STEM），又名“羲和计划”，致力于空间天气亟待解决的重大科学问题和创新性探测研究，包括太阳活动起源、太阳风暴的形成和在日地空间的传播演化、以及高能粒子加速等。同时，STEM有助于揭示太阳系内生命起源与演化，并为太阳系外类地行星与生命搜寻提供重要科学依据。日前，STEM通过了中科院空间科学先导专项预先研究项目课题管理要求的研究报告评审，评审组认为该项目研究内容具有“重大科学意义和应用价值”。

　　羲和为中国神话中的太阳神之母（图1），以羲和形象代表STEM项目的科学使命，既表达了STEM项目对研究太阳活动起源、太阳系内生命起源与演化的重要意义，又体现了STEM对整个日地空间进行监测和保护人类生存环境的重要作用。

　　图一：太阳神之母—羲和御日的神话形象图（图片来自网络）。

　　太阳风暴（CME）是大尺度的太阳爆发现象，短时间内大量的磁化物质由日冕被抛射至行星际空间。太阳风暴是灾害性空间天气效应的主要驱动者，直接影响人类生存的空间环境。它能产生持久的太阳高能粒子事件，危及宇航员的生命和太空科技设施。太阳风暴撞击地球，除产生绚丽的极光外，也会引起强烈的地磁暴、电离层扰动和地面感应电流，使卫星运行、导航系统、无线电通讯和地面电网等瘫痪。随着人类对科技依赖的日益加深，太阳风暴对现代科技社会的影响也日益加重。美国空间研究委员会粗略估计，若一个超级太阳风暴撞到地球，对现代科技社会造成的损失可高达数万亿美元，社会恢复的周期为4－10年。

　　然而，目前日地空间环境探测具有重大缺陷，直接妨碍了空间天气研究和预报的进展。我们由此提出STEM探测设想（图2），卫星位于得天独厚的日地第五拉格朗日（L5）点。这是稳定的引力平衡点，它处于地球轨道上，离开日地连线60度，适合观测朝向地球传播的CME、激波及其产生的高能粒子事件，并可覆盖太阳和整个日地空间，这一特点对于空间天气研究和预报极其重要。STEM拟搭载10台科学仪器，包括遥感成像和就地观测。STEM具有多个开创性特色：（1）首次实现长期位于L5点对整个日地空间进行定点稳定观测；（2）首次实现对太阳光球磁场长期稳定的立体观测；（3）首次实现在空间中测量太阳临边日冕磁场；（4）首先实现对日地空间进行偏振广角成像测量；（5）首次通过探测高能中性原子对CME驱动激波进行成像和高能粒子加速研究。STEM将提供研究空间天气整个链条的崭新的独特视角，具有重大的科学突破意义和国防、经济应用价值。同时，STEM与地球附近卫星（包括国际上的SDO、SOHO、ACE、Wind等，以及国内目前立项的ASO-S等项目）相辅相成，可以形成对太阳的联合立体观测，极大增加科学产出。

　　图二：“羲和计划”日地空间探测概念示意图。卫星展开、载荷布局和视场为真实状态。

　　STEM不仅具有重大的科学意义，还对我国的深空探测技术具有重要的促进作用。在L5点探测的基础上，未来可以在L4点放置一颗同样配置的卫星（图3）；这也可以作为国际合作的设想，联合其他国家把L4、L5两点探测同时做起来。联合L4–L5两点的同时观测，将构成日地空间环境监测网，更加精确的观测太阳和整个日地空间，大幅度提升空间天气研究和预报能力，为我国的经济、国防、深空探测保驾护航。

　　L5/L4点探测是美国空间科学10年纵览中的重要提案，也是国际上积极推进的空间探测计划。“羲和计划”科学目标先进，火箭发射、卫星平台和科学载荷等技术成熟度高，具备工程实施的可行性。它的提出符合国际空间科学探测和研究的迫切需求，很多国家都在积极推动L5点探测，因此具备广泛的国际合作前景。这是中国空间物理跨越发展的绝佳机会，可使中国迅速处于国际空间物理前沿，引领国际空间天气研究和预报的发展。机不可失，失不再来，我们应在这关键时刻抓住这一重要历史机遇。

　　图三：未来日地空间探测计划或国际合作展望概念图。在L4和L5点同时各放置一颗卫星形成日地空间天气监测网。

    （供稿：空间天气学国家重点实验室）