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太阳动力学天文台

太阳动力学天文台

太阳动力学天文台，（Solar Dynamics Observatory，简称SDO），是美国航空航天局“与星共存”（LWS）计划启动的第一个任务，是太阳物理研究的基础观测仪器。该计划旨在了解太阳变化的原因及其对地球的影响。SDO旨在通过同时研究小尺度的空间和时间尺度以及许多波长的太阳大气，帮助人们了解太阳对地球和近地空间的影响。SDO由戈达德太空飞行中心设计建造。它的3个主要仪器是洛克希德·马丁公司制造的大气成像组件、科罗拉多州大学制造的极紫外可变实验仪器、斯坦福和洛·马制造的日震与电磁成像仪。

2000年5月，在戈达德太空飞行中心（GSFC）举行第一次LWS社区研讨会。2002年11月举行第二届 LWS 社区研讨会。2003年4月系统概念审查；9月3日，SDO项目得到美国航空航天局总部的初步审查确认，项目进展到B阶段。2005年4月通过关键设计审查（CDR）。2008年1月SDO初步成型。2009年1月21至22日，飞行前第一次审查；6月4日第二次审查；7月21至22日，飞行操作准备情况审查；12月18日，SDO在NASA总部通过任务准备简报。SDO于2010年2月11日在卡纳维拉尔角空军基地发射。使用的火箭是宇宙神-5运载火箭。

SDO的主要任务将进行5年3个月，加上延伸任务的话预期可进行10年。SDO的目标是通过确定太阳磁场是如何产生和构造的以及这种储存的磁能如何以太阳风、高能粒子和太阳辐照度变化的形式转换并释放到日球层和地球空间中。SDO对太阳大气进行全天候的成像观测，具有全日面、多波段、高时空分辨率和高精准度等特点。

研发历程

2000年5月10日至12日，在戈达德太空飞行中心（GSFC）举行了第一次LWS社区研讨会。2001年7月SDO科学定义团队报告发布。2002年3月7日SDO科学启动会议举行；11月13日至15日JHUAPL 第二届 LWS 社区研讨会。

2003年4月8日至11日，在马里兰州格林贝尔特进行了系统概念审查；9月3日，SDO项目得到美国航空航天局总部的初步审查确认，项目进展到B阶段。2005年4月5日至7日项目在戈达德太空飞行中心通过了关键设计审查（CDR）。

2007年9月25日极紫外线变化实验仪（EVE）仪器抵达。同年10月27日推进模块被放置进航天器内。11月14日日震与磁成像仪（HMI）仪器抵达。11月30日大气成像组件（AIA）仪器抵达。

2008年1月5日仪器安装在航天器总线上，SDO初步成型；4月13至20日SDO通过了戈达德7号楼的EMI/EMC测试；5月25日至6月2日SDO通过了戈达德10号楼的振动和声学测试；7月16至25日SDO通过SES室的热平衡测试；7月29日至8月16日SDO通过了SES室的热真空测试。

2009年1月21至22日，飞行前第一次审查；6月4日第二次审查；7月21至22日，飞行操作准备情况审查；12月18日，SDO在美国航空航天局总部通过任务准备简报。

SDO卫星本体是在美国航空航天局的戈达德太空飞行中心组装并测试，于2010年2月11日在卡纳维拉尔角空军基地发射。SDO的主要任务将进行5年3个月，加上延伸任务的话预期可进行10年。

技术特点

SDO是太阳和太阳风层探测器的后继者，也是美国“与日同在”计划的第一颗卫星。它搭载了三部研究太阳的科学仪器：极紫外线变化实验仪（Extreme Ultraviolet Variability Experiment，EVE）、大气成像组件（Atmospheric Imaging Assembly，AIA）、日震与磁场成像仪（Helioseismic and Magnetic Imager，HMI），能够实现不间断地观测太阳。SDO的科学目标是在小尺度的时间和空间下，多波段研究太阳大气活动，了解太阳对地球和近地球太空区域的影响，以提高空间天气预报的能力。

日震与磁成像仪

日震与磁成像仪（Helioseismic and Magnetic Imager，HMI）由斯坦福大学负责。该仪器是用来研究太阳变化与判断太阳内部结构和磁场活动与结构。HMI的资料可用以确定太阳活动能量的内部来源与机制，以及与太阳表面磁场活动有关的太阳内部物理机制。HMI也可以记录资料以判断日冕磁场以研究太阳外大气层变化。使用该仪器观测将可用以建立太阳内部动力结构与磁场活动关联以了解太阳活动与其影响。HMI将拍摄高分辨率的整个太阳可见光盘面纵向和向量太阳磁场，可说是太阳和太阳风层探测器上的迈克生多普勒成像仪（Michelson Doppler Imager，MDI）的加强。日震和磁成像仪扩展了SOHO/MDI仪器的功能，在更高的空间分辨率下具有连续的全盘覆盖和新的矢量磁力图功能。

极紫外线变化实验仪

极紫外线变化实验仪（Extreme Ultraviolet Variability Experiment，EVE）将以比先前TIMED卫星上的SEE、太阳和太阳风层探测器和SORCE上的XPS更高的光谱分辨率、时间间隔和精确度拍摄太阳的极紫外线辐射。EVE将以物理模形深入了解太阳极紫外线辐射强度变化和太阳磁场变化的关联。

太阳释放的高能极紫外线光子主要会使地球的高层大气加热和电离层的形成。太阳极紫外线辐射强度会随时变化，同时也跟随周期11年的太阳周期改变。了解太阳极紫外线强度变化相当重要，因为这和大气加热、卫星曳力以及通讯系统衰减（包含全球定位系统瓦解）有明显冲击。

EVE是由科罗拉多大学博尔德分校的大气太空物理实验室（Laboratory for Atmospheric and Space Physics，LASP）制造，在2007年9月7日送到戈达德太空飞行中心。该仪器可量测波长在30nm以下，光谱分辨率较先前仪器提升70%；时间间隔则因为仪器的的摄影设备可每10秒拍摄，超过100%工作周期而较先前仪器提升30%。

大气成像组件

大气成像组件AIA由洛克希德马丁太阳与天文物理实验室(Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory，LMSAL)负责，用于高精度观测日冕，在多波段上同时对太阳成像。在设计上，AIA采用4个20厘米孔径、双通道正入射望远镜，每个望远镜选择不同的谱段，整体上可观测10个极紫外通道。AIA的视场为41角分，可以保证AIA能对整个日冕成像。

性能参数

SDO平均每0.75秒拍摄一次太阳图像，所有图像的像素都是4096×4096，成像分辨率比高清电视还要高10倍。卫星每天向地面发送大约1.5太比特数据，相当于380部完整长度电影，运行期间传回的数据量将是美国以往任何一个观测台的50倍。

大气成像组件AIA空间分辨率约1角秒，时间分辨率为10秒。AIA提供多谱段、近实时、宽覆盖的连续温度范围的高分辨率日冕图像。在设计上，AIA采用4个20厘米孔径、双通道正入射望远镜，每个望远镜选择不同的谱段，整体上可观测10个极紫外通道。AIA的视场为41角分，可以保证AIA能对整个日冕成像。

太阳动力学天文台两个仪器的6架照相机建造电子系统，它们可控制和读出大量数据。太空任务要求极其轻而又紧密的节能装置，这些装置的设计和制造要求严格。电子盒的设计一直很成功，并为美国航空航天局的GOES-R气象卫星的一个设备建造照相机电子装置。

任务成果

任务

SDO将研究太阳活动是如何产生的，以及空间天气如何来自该活动。对太阳内部、太阳磁场、太阳日冕的热等离子体以及产生行星电离层的辐照度的测量也是SDO的主要数据。SDO项目的科学目标是提高我们对七个科学问题的理解：

成果

SDO已每天几乎全天候观测太阳。SDO数据档案中有超过3.5亿张图像，已经出现了3000篇描述SDO科学的研究论文。2023年2月12日，中国科学院云南天文台研究人员利用一米新真空太阳望远镜和太阳动力学天文台相关数据，研究了两个相邻太阳暗条之间的相互作用并导致连续部分爆发的精细过程。研究成果发表在国际期刊《天体物理学报》上。2月13日，太阳动力学观测站发现，太阳北极突出部的一大块物质突然断裂脱落，在一个巨大的极地漩涡中，绕着太阳北极旋转。

2023年9月15日中国科学院云南天文台太阳活动和CME理论研究团组研究人员利用光学和近红外太阳爆发探测望远镜（Optical and Near infrared Solar Eruption Tracer，ONSET）和太阳动力学天文台（Solar Dynamic Observatory，SDO）卫星所获得的高时空分辨率和多波段观测数据，详细研究了一个大尺度马蹄形暗条的分裂过程和部分爆发机制。相关研究成果近期发表在《天文和天体物理学研究》（Research in Astronomy and Astrophysics）上，该项研究工作主要由康凯锋博士和林隽研究员等人合作完成。