太陽，這顆距離地球最近的恒星，源源不斷地為地球提供光和熱。然而，這顆演化了46億年的星球，還存有諸多未解之謎，靜待人類探索。
如今，人類對太陽的觀測仰望，又多了一雙“慧眼”。
6月24日，國家重大科研儀器研制項目“2.5米大視場高分辨率太陽望遠鏡”（WeHoST）在四川稻城啟動建設(shè)配套項目，預(yù)計2027年望遠鏡完成裝調(diào)并投入試運行。望遠鏡建成后，將是目前全世界最大的軸對稱太陽望遠鏡。
揭開太陽“成長”之謎的同時，該望遠鏡也將在超新星、伽瑪暴、黑洞潮汐瓦解及恒星耀發(fā)等時域天文學(xué)觀測方面探索更多未知答案。
大口徑、高分辨率，可看清太陽活動區(qū)和太陽爆發(fā)全貌
太陽爆發(fā)是災(zāi)害性空間天氣的源頭，太陽一旦“打噴嚏”，對人類的航空航天活動，電力、通訊、導(dǎo)航等，都會形成干擾。有數(shù)據(jù)顯示，太陽爆發(fā)每次釋放的能量相當(dāng)于上百億枚原子彈爆炸。
“目前太陽研究的焦點問題之一是太陽爆發(fā)的物理機制，比如太陽為何會爆發(fā)，太陽爆發(fā)是如何釋放能量的，太陽爆發(fā)對地球會產(chǎn)生什么影響。”WeHoST項目負責(zé)人、南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授丁明德介紹，WeHoST的科學(xué)目標(biāo)就是觀測研究太陽活動區(qū)的起源和演化，以及太陽爆發(fā)現(xiàn)象，特別是太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射的特征和機制。
工欲善其事，必先利其器?！澳壳耙延械拇笮吞柾h鏡鏡視場小，雖然能夠清晰觀察到太陽表面小尺度的精細結(jié)構(gòu)，但對于研究太陽活動區(qū)和太陽爆發(fā)活動還遠遠不夠。而WeHoST最大的特點就是既有大視場又有高分辨率，可以看到太陽爆發(fā)全貌?！敝袊茖W(xué)院院士、南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授方成表示，WeHoST的觀測視場擴大到7角分，可以看到太陽表面直徑30萬公里范圍內(nèi)的太陽活動，比現(xiàn)有的太陽望遠鏡擴大了三到四倍，能夠覆蓋整個太陽活動區(qū)。
視場擴大的同時，WeHoST的分辨率也達到0.1至0.3角秒。“這相當(dāng)于可以看得清太陽表面70至200公里范圍的太陽局部的精細結(jié)構(gòu)，比目前國內(nèi)國際一般中小型太陽望遠鏡的分辨率提高了三至五倍?！倍∶鞯陆榻B，這對于觀測太陽爆發(fā)的動力學(xué)過程將提供更好的觀測數(shù)據(jù)。
而作為未來全世界最大的軸對稱太陽望遠鏡，WeHoST可同時對太陽光球?qū)雍蜕驅(qū)拥拇艌鲞M行更精準(zhǔn)的觀測。“太陽的絕大部分物質(zhì)是高溫等離子體，太陽的物態(tài)、運動和演變都與磁場密切相關(guān)。太陽磁場是研究太陽活動最重要的物理量之一?！倍∶鞯抡f。
攻關(guān)四項關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建天地一體化太陽觀測網(wǎng)
茫茫太空中，兩顆來自中國的太陽觀測衛(wèi)星交相輝映，一顆是2021年發(fā)射的太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”，一顆是2022年發(fā)射的先進天基太陽天文臺“夸父一號”。
既然已經(jīng)有衛(wèi)星可以近距離觀測太陽，為何還要建地面望遠鏡？丁明德表示：“相較于空間科學(xué)衛(wèi)星，地面望遠鏡可以做得更大，使用壽命更長，而且觀測的波段不同，WeHoST可以最多以6個波段同時觀測太陽光球?qū)雍蜕驅(qū)拥拇艌觥⒐庾V和太陽單色像。”
方成表示，WeHoST建成后，還可以不斷迭代和升級，根據(jù)科研需求，增加新的終端設(shè)備，與太陽觀測衛(wèi)星配合起來，支撐建立我國天地一體化太陽立體觀測網(wǎng)。
“目前團隊正在攻關(guān)、逐步驗證四項關(guān)鍵技術(shù)，其中最大的技術(shù)難題就是控制太陽照射帶來的熱量。”南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院高級工程師李臻介紹，太陽照射到WeHoST鏡面的熱量可達5000瓦，幾秒鐘就可以將1升水從常溫加熱至沸騰。雖然鏡面本身可以反射90%以上的熱量，但仍將吸收約500瓦的熱量。
“這部分熱量將使鏡面溫度升高，容易讓鏡面變形，降低光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)指標(biāo)；同時鏡面溫度高于空氣溫度，與鏡面上方空氣出現(xiàn)熱對流，容易出現(xiàn)局部湍流，降低鏡面上方大氣的視寧度。”李臻介紹。
而反射的約4500瓦熱量，也將集中到主鏡的主焦點處。為解決望遠鏡的散熱問題，中國科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所團隊，采用鏡面背部制冷技術(shù)，在背部均勻布置200多根氣管，組成陣列，以噴射冷風(fēng)的方式帶走鏡面吸收的太陽能，同時還采用自主研發(fā)的專利技術(shù)，吸收主焦點附近的多余能量，通過控制制冷液的溫度和流速實現(xiàn)降溫，確保望遠鏡長期穩(wěn)定運行。
想獲得高分辨率的太陽觀測圖像，需有天時地利人和。方成介紹，此前中國科學(xué)院云南天文臺團隊聯(lián)合國內(nèi)有關(guān)單位歷時10余年在全國各地選址，最終確定了海拔4700米的稻城縣無名山。該地具有優(yōu)良的大氣寧靜度和太陽觀測條件，建成后將是世界上海拔最高的太陽觀測臺站。
在此基礎(chǔ)上，科研團隊又采用地表層自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，以克服地球大氣擾動對圖像質(zhì)量的干擾，進一步提高觀測分辨率。
“目前，望遠鏡主體還在研制中，團隊還在攻克雙波段多狹縫磁場測量、多波段成像等技術(shù)，預(yù)計2026年底完成配套項目基建及望遠鏡總裝，并進行整體性能調(diào)試?！崩钫檎f。
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