日冕是太阳大气的最外层，起始于色球层之上，向外一直延伸到行星际空间，形成连续向外流动的太阳风。日冕是高温（太阳附近为百万度量级）、完全电离的稀薄气体，其辐射主要由E冕、K冕和F冕构成。K冕辐射由日冕/太阳风中的自由电子散射光球辐射形成，由于电子温度高，其光谱中没有吸收线，是高度偏振的；F冕辐射由行星际空间的尘埃粒子散射光球辐射形成，因为主要集中在黄道面内，也称为黄道光（Zodiacal light），由于散射粒子速度较低，光谱中有类似光球层的夫朗禾夫线，并且是非偏振的；E冕辐射则由日冕中离子发射线构成，对日冕辐射总强度的贡献很小，主要分布在约2个太阳半径（R）以内。行星际太阳风是高度结构化的，其中的重要结构包括：高速太阳风、低速太阳风、日冕物质抛射（CME）及其行星际对应物—行星际CME（ICME）、行星际激波、共转相互作用区（CIR）、行星际电流片及各种尺度的扰动和湍动结构等。这些结构的形成和演化是日地关系物理研究中极为重要的一环，对了解日冕加热、太阳风起源和加速机制等空间物理和天体物理中的基本问题极为重要。同时，这些结构也是影响日地空间环境的主要扰动源，它们传播到地球轨道并与地球磁层发生相互作用，往往会引起地球空间环境的剧烈变化，引发地球空间灾害性天气，进而可以直接影响到通讯、导航、定位、长距离管道和导线输送，以及民用和军用航天等现代人类高度依赖的高技术设施。因此，直接和国防、航天、国家安全与经济活动相关。

对日冕和行星际空间（内日球层）开展整体、连续性的观测是日地空间物理领域重点研究任务之一。由于日冕尤其是行星际空间的物质非常稀薄，其本身辐射非常弱，即使是靠近太阳的部分，也只有太阳表面（光球）亮度的几百万分之一，到约3 R之后下降至10^-9（主要贡献变为F冕，见图1曲线和右边坐标）。因此，相比较于日面，观测的难度大且手段有限，但这样微弱的辐射对于探测日冕及行星际空间却是极为重要的。

图1  日冕主要辐射成分的亮度随太阳张角（elongation angle）的变化

（取自Jackson et al. 2010）

目前，行星际空间的遥感探测主要是基于白光成像和行星际闪烁，其探测原理是行星际空间中自由电子对太阳白光和脉冲星射电信号的散射。其中，白光成像观测因为可视化程度高，空间覆盖好，越来越得到重视。国际上，星载日冕仪和覆盖更大行星际空间的日球成像仪已经成为空间天气科学研究和监测必不可少的仪器。从上世纪七十年代开始，一批日冕仪和日球成像仪已经对日冕和内日球层进行了长周期的连续观测，极大地促进了空间天气科学与预报研究的快速发展。并且，随着探测技术水平的提高，观测的视场（FOV）不断扩大，逐渐从近太阳日冕的观测一直扩展到整个内日球层空间（即1AU附近）。尤其是SOHO卫星搭载的三个日冕仪（观测范围1.1 R_~30 R_），它们在轨运行获得了巨大的成功，取得了丰富的研究成果（Brueckner et al., 1995）。其后发射和规划的太阳观测卫星大多对日冕仪和日球成像仪提出了需求。2003年发射的SMEI卫星和2006年发射的STEREO卫星，首次实现了对太阳风及CME等结构的光学成像观测，并将视场扩展到了1AU之外（330 R_）(Eyles et al., 2003; Howard et al., 2000)。目前正在研制的欧空局Solar Orbiter卫星和美国的Solar Probe Plus卫星都安装了大视场的日球成像仪(Howard et al. 2013; Vourlidas et al. 2013)。然而，在我国，对于日冕仪的研究仍处于初始发展阶段，至今仍未在任何一颗卫星上运行，与国际先进水平的差距非常明显。而日冕仪/日球成像仪对于自主获取数据开展空间天气科学和预报研究的重要性和迫切性却是显而易见的。

本项目拟研制的大视场扩展日冕仪，以关键技术突破和系统集成创新为出发点，计划实现两方面的研究目的：首先是要具备对大视场范围内的日冕和行星际空间进行成像的能力，所说的“大视场”为包含从十几倍太阳半径（R_⊙）到地球轨道处（1AU，即约215 R_）的360°全周向范围（根据卫星轨道的日心距离变化而变化）；其次是要能够在中心遮挡的日冕仪结构中实现对亮度只有日面亮度（B_⊙）的10^-14量级微弱日冕和CMEs等信号的准确提取，这需要一系列技术措施保证仪器自身的杂散光水平极低和后续数据处理方法以达到极高信噪比。以下将从“国内外同类仪器发展现状和趋势”、“拟解决的重要科学和技术问题”以及“我国的应用需求”三方面论证该扩展日冕仪研制的重要性和必要性。