什麼是日凌干擾
劃重點
★天問一號探測器會失聯在預料之內，已經準備好了應對措施。
★失聯的原因，在於訊號天線在對準衛星的同時對準了太陽，受太陽嚴重干擾，也就是發生了“日凌”現象。
★日凌給航天任務帶來通訊上的麻煩其實很尋常。
★日凌現象有很高的研究價值，深受太陽物理學家的歡迎。
作者 | 李會超
在小說《三體》中，葉文潔利用太陽作為無線電放大器，向三體星人發去了關於地球的通訊訊號。在現實中，雖然科學家們還沒有發現太陽具備“太空大喇叭”的功能，但太陽本身的確有發射無線電波的能力，還會偶爾給探索太空的人們製造一點小麻煩。
最近，據新聞報道，我國火星探測器“天問一號”總設計師孫澤洲日前在一場活動中透露，由於
日凌
現象的出現，天問一號火星探測器可能在9月前後與地面失聯一段時間。
失聯都在預計之內，應對方案已就緒
可能很多人看到“失聯”二字，會非常擔心“天問一號”的安全，請大家放心，這類失聯是正常的，它指的是我們將在一段時間內無法和“天問一號”取得實時的聯絡，但是，大家不必太過擔心。
為什麼呢？
第一，造成失聯的原因並非什麼系統出現了故障，而是一種叫做“日凌”的自然現象阻礙了通訊的正常進行。早在天問一號出發前，科學家們就預計到了這點，“天問一號”自帶的程式將幫助它開展這段時間的工作。第二，實際上，自“天問一號”到達火星開始，地面指揮能對它做的就十分有限，主要是依靠它自帶的程式工作。第三，在日凌影響結束後，我們將重新與“天問一號”建立聯絡。
日凌是什麼？其實你家裡電視訊號
就
被它
影響過
如果地面上用來收發衛星訊號的天線對準衛星時，恰好也同時對準了太陽，那麼衛星的通訊訊號就會遭受太陽的嚴重干擾，地面與衛星間的通訊質量就會出現下降，有時甚至完全中斷。
這種現象，被稱為“日凌”。
日凌現象原理示意圖（圖片來源：https：//satoms。com/vsat-sun-outages/）
對於日凌，關心電視節目收看質量的朋友不會感到陌生。每年我國有關部門都會提前釋出轉發電視訊號的通訊衛星受日凌現象影響的時間。在日凌現象集中出現的時段內，每天可能都會有那麼幾分鐘，你收到的電視訊號沒有那麼清晰，甚至可能出現雪花等干擾圖樣。此時，正是太陽在干擾你的電視訊號。
國家廣電總局會提前釋出日凌出現的時間表（圖片來源：國家廣電總局官網截圖）
在夜間開車的過程中，如果對向的汽車沒有文明駕駛，在會車時依舊開著遠光燈，我們就有可能因為對向車強烈的光線而無法分辨其他本來能看清的物體。
人眼能夠感知的光線，本質上和我們傳輸資訊使用的無線電一樣，都是電磁波。而太陽，恰恰是一個產生電磁波的全能型選手：從波長最短的γ射線、X射線波段，到波長較長的無線電波段，都能探測到太陽發射的訊號。
目前，傳輸電視訊號使用的一般是靜止軌道的通訊衛星。衛星工作在赤道上空，距離地面約三萬六千公里。每年春分和秋分前後，太陽直射地球赤道。從地面上看，這段時間裡太陽每天東昇西落的過程中，會劃過衛星所在的位置附近，指向衛星的天線也指向了太陽。此時，天線接收到的就不只有來自衛星的訊號，還有來自太陽的強烈的無線電訊號。
每到這個時候，太陽發射的強烈無線電訊號就像是一個刺眼的“遠光燈”，干擾甚至完全淹沒了衛星通訊的無線電訊號，電視訊號的傳輸就會受到嚴重影響。
好在，這樣的干擾一般不會持續太久，由於太陽在天空中持續運動，幾分鐘後便會離開衛星所在的位置，衛星通訊傳輸也會恢復正常。
除了電視訊號外，其他依賴靜止軌道通訊衛星服務的業務也會受到影響。
例如，上海證券交易所在日凌現象發生前會發布公告，提醒相關使用者注意衛星干擾。而印度的證券交易所則乾脆在日凌現象發生期間停止股票交易。
在航天任務中，日凌都製造過哪些
“小麻煩”？
日凌現象甚至還影響過載人航天任務的實施。
據公開文獻報道，我國某次載人飛行任務恰逢春分前後，由於日凌現象的影響，一些部署在大洋上的測控船和海外的測控站的衛星通訊出現中斷，無法將收發的飛船訊號傳輸給控制中樞。
目前，空間站和飛船的地面通訊還依賴靜止軌道上的中繼衛星通訊系統“天路”，也有受到日凌現象影響的可能。而在探月工程實施的過程中，一旦太陽恰好出現在地球和月球的連線上，月球探測器與地球的通訊傳輸也會因為太陽的干擾而中斷。
對於火星探測來說，情況則更為複雜。
由於火星和地球繞太陽公轉的軌道不同，會出現異側日凌和同側日凌兩種情況。
異側日凌和同側日凌示意圖（圖片來源：作者自制）
當出現異側日凌時，火星和地球處在太陽的兩邊，除了太陽本身發射的無線電訊號會干擾到地球和火星的雙向通訊外，太陽日冕中等離子體同樣會對訊號的傳輸產生不良影響。只要地球和火星之間的通訊鏈路經過太陽附近，這種影響就會出現。本次天問一號失聯，就是由於異側日凌的發生。
如果日冕中出現爆發現象，干擾的範圍和程度還會有所增加。
同時，從地面向天空中看，日凌期間火星和太陽相伴著東昇西落，火星和太陽的相對位置在一段時間內不會有很大的變化，因此日凌現象對火星通訊的影響的持續時間較長，這與電視訊號在春秋分前後每天可能被幹擾幾分鐘的情形非常不同。
而對於同側日凌來說，由於地球的公轉軌道比火星的公轉軌道更靠近太陽，同側日凌僅會影響地球到火星的單向通訊。而且，此時也不存在日冕對訊號傳輸的不良影響，因此同側日凌對地球與火星間通訊的影響程度和範圍都相對有限。
“天問一號”的好訊息：目前太陽並
不算活躍
前文我們說過，大家不必太擔心這次“天問一號”的失聯，還有一個原因就是，
太陽目前並不算活躍，對火星通訊的干擾程度相對於活躍的年份要低不少。
太陽活動存在變化的週期，太陽從沉寂的狀態到達活躍的狀態，再重歸沉寂，經歷上升、極大、下降、極小四個階段，總共需要約十一年的時間。在太陽活動較強的年份，雖然我們可以明顯感知的可見光波段輻射量變化並不大，太陽整體上向外發射的能量也僅僅比低年高0。1%左右，但在無線電波段，變化則相當明顯。由於太陽活動高年太陽發射的無線電訊號強度要明顯高於太陽活動低年，因此，如果日凌現象出現在太陽活動高年，其對衛星通訊的影響要強於太陽活動低年。對於火星通訊來說，太陽活動高年的影響還不只限於太陽本身發射了更強的無線電訊號。在太陽活動高年，日冕中爆發現象的發生會更加頻繁，因此日冕對通訊訊號傳輸的影響也會更為明顯持久。目前，太陽正處在第25活動周剛剛開始的時期，太陽活動還不十分強烈，這對“天問一號”來說應該是個好訊息。
製造航天麻煩的日凌，卻備受太陽物理學家喜愛
有時候我們會半開玩笑地說，“只要太陽出現在視界之內，就沒好事！”
其實，這說法有些片面。
正所謂“汝之砒霜，彼之蜜糖”，對於衛星通訊和航天測控來說，太陽發射的無線電訊號是種煩惱，
而對於太陽物理學家來說，無線電訊號反倒為他們打開了一扇認識太陽的新視窗。
在天文學中，天體發射的無線電訊號一般被稱為“射電訊號”，而對射電天文的研究最早也是從太陽發射的無線電訊號開始的——由於太陽發射的訊號很強，口徑有限的射電天線就能夠進行有效的太陽射電觀測。
上世紀三四十年代，有科學家利用拋物面天線對準太陽，觀測到了特定波段較強的太陽射電訊號。而對軍用雷達干擾源的分析，也使天文學家們發現了太陽爆發與太陽射電增強之間的聯絡。
時至今日，太陽物理學家們已經將太陽射電訊號突然增強的現象定義為幾個型別的太陽射電爆，每種型別的射電爆產生於不同的物理過程，反映了不同的資訊，可以使科學家們更深入的認識太陽活動的規律，為預報太陽爆發、保護航天活動免受太陽爆發帶來的惡劣空間天氣侵襲提供理論依據。
對於日凌現象對火星探測的影響，科學家和工程師們也在積極尋找解決方案。一方面，他們為探測器配備了充足的自我管理能力，使得它在無法與家裡打通電話的情況下也能照顧好自己。此外，他們也在探索使用受日凌干擾程度較低的無線電頻段來承載地火之間的通訊訊號，儘量降低與火星探測器失聯的時間。讓我們一起等待與“天問一號”恢復通訊的時刻吧！
參考文獻：
［1］李紅豔，薛國虎，周江。日凌和星蝕現象預報方法及對試驗任務的影響分析［J］。裝備指揮技術學院學報，2005（01）：88-92。
［2］ D。 Morabito and R。 Hastrup。 Communications with Mars During Periods of Solar Conjunction： Initial Study Results。 IPN Progress Report 42-14
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