用于观测太阳的“阳光”卫星，工作在地球附近的太阳同步轨道上 （图片来源：美国国家航空航天局）

“宽带”的选择：倾斜地球同步轨道

我怕时间太快

不够将你看仔细

——林忆莲《至少还有你》

2010年，美国NASA研制的“太阳动力学天文台”（SDO）卫星发射升空，开始对太阳进行观测。与以往的卫星相比，SDO的空间分辨率和时间分辨率都有了较大的提高。

如果把在多个波段上对太阳进行的综合观测简单地理解成“拍照片”，那么SDO能够拍摄的照片清晰度较高、相同时间内能够产生的照片数量相比以往的太阳观测卫星也有很大提高，卫星上的相机种类也更多。

△SDO探测器能够观测的部分太阳图像，不同波长的图像反映了太阳在不同方面的信息（图片来源：美国国家航空航天局）

然而，在给太阳物理学家们带来精细的观测数据的同时，也给卫星与地面间的数据传输技术带来了很大挑战：SDO至少需要130Mbps的数据带宽。

SDO的倾斜地球同步轨道示意图（图片来源：美国国家航空航天局）

如果SDO卫星和“羲和号”一样，选择太阳同步轨道工作，虽然也能相对持续地观测太阳，但却无法和同一个地面测控站保持联系。

为了传回数据，太阳同步轨道上的卫星要么需要把数据先存储在卫星上，经过测控站上空时再集中下传；要么就需要切换“基站”，利用不同的测控站下传数据；或者是使用资源紧张的天基中继卫星。

这些途径都难以在可获取资源的基础上满足SDO的数据传输需求。因此，工程师们为SDO选择另外一条轨道：倾斜地球同步轨道。

SDO的星下点轨迹，形似一个8字，变化范围不大（图片来源：美国国家航空航天局）

和通信卫星常用的静止轨道一样，倾斜地球同步轨道上的卫星围绕地球旋转一圈的时间和地球的自转时间相同，约为24小时。

静止轨道的轨道平面与赤道面重合，而SDO则选择了一条与轨道平面与赤道夹角约为28.5度的轨道。

之所以让轨道倾斜，是为了获得比较连续的观测太阳的机会，不被地球的阴影遮挡。从地面站的视角看，天空中的SDO卫星不像静止轨道卫星一样，稳定地定位于一个不动的点。

然而，SDO在天空中的移动范围也颇为有限，不会超出单个测控站的覆盖范围。因此，SDO能够始终通过美国国家航空航天局在新墨西哥州白沙综合站的一个18米直径天线，与地面保持高速通信。

SDO的轨道高度大约为35800公里，比太阳同步轨道几百公里的高度要高出不少。轨道高度越高，发射同样重量的载荷就需要推进能力越强的火箭，发射成本也因此水涨船高。

如果太阳观测卫星的仪器数量相对比较少，对通信带宽的要求没有SDO这样高，太阳同步轨道就是一条“经济适用”的轨道了。

不间断的凝视太阳：日地第一拉格朗日点

嘿，别再灰心

请你相信，这个世界

总有人永远看着你

——棱镜/李奕遐《成长》

无论是诸多太阳观测卫星选择的晨昏面太阳同步轨道，还是SDO所使用的倾斜地球同步轨道，都会在一年中经历或长或短的“日食季”。在“日食季”期间，太阳每隔一段时间就会被地球遮挡。

以先进天基太阳天文台（ASO-S）为例，其计划使用的720公里高度的太阳同步晨昏轨道，在每年的5月中旬到8月，共约2.5个月的时间存在阴影。在此期间，围绕地球一圈的99分钟中，最长阴影时间为18分钟。

如果要想完全不受遮挡地观测太阳，获得完全连续的观测记录，还有一个可选的位置：日地第一拉格朗日点。

1772年，法国数学家拉格朗日计算发现，由两个大天体构成的系统中存在5个平衡点，此处的卫星相对于两个大天体的位置不随时间变化，这些点被称为“拉格朗日点”。

在日地系统中，日地第一拉格朗日点（日地L1点）位于地球和太阳中间，与地球的距离约为150万公里，大致相当于4倍的地月距离。此处的太阳观测卫星不但可以使用类似望远镜的遥感观测设备持续凝视太阳，还能利用距离采样观测设备，实地测量吹拂向地球的太阳风物质性质。

当太阳风暴爆发时，此处的卫星可以通过遥感观测发现太阳上的剧烈变化，帮助预报员提前做出判断，而局地测量仪器则可以在太阳风暴吹袭地球前，发出最后的预警。

通过相关数据的综合分析，还可以使我们搞清太阳风暴在向外传播的过程中究竟经历了怎样的变化。