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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(duì)太陽的觀測(cè)仰望，又多了一雙“慧眼”。6月24日，國家重大科研儀器研制項(xiàng)目“2.5米大視場(chǎng)高分辨率太陽望遠(yuǎn)鏡”(WeHoST)在四川稻城啟動(dòng)建設(shè)配套項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2027年望遠(yuǎn)鏡完成裝調(diào)并投入試運(yùn)行。建成后，該望遠(yuǎn)鏡將成為目前全世界最大的軸對(duì)稱太陽望遠(yuǎn)鏡。
“目前太陽研究的焦點(diǎn)問題之一是太陽爆發(fā)的物理機(jī)制。譬如太陽為何會(huì)爆發(fā)、太陽爆發(fā)是如何釋放能量的、太陽爆發(fā)對(duì)地球會(huì)產(chǎn)生什么影響等。”WeHoST項(xiàng)目負(fù)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(cè)研究太陽活動(dòng)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(jī)制。
工欲善其事，必先利其器。“目前已有的大型太陽望遠(yuǎn)鏡鏡視場(chǎng)小，雖然能夠清晰觀察到太陽表面小尺度的精細(xì)結(jié)構(gòu)，但對(duì)于研究太陽活動(dòng)區(qū)和太陽爆發(fā)活動(dòng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。而WeHoST最大的特點(diǎn)就是既有大視場(chǎng)又有高分辨率，可以看到太陽爆發(fā)全貌。”中國科學(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(cè)視場(chǎng)擴(kuò)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(dòng)，比現(xiàn)有的太陽望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)大了3倍到4倍，能夠覆蓋整個(gè)太陽活動(dòng)區(qū)。
視場(chǎng)擴(kuò)大的同時(shí)，WeHoST的分辨率也達(dá)到0.1角秒至0.3角秒。“這相當(dāng)于可以看得清太陽表面70公里至200公里范圍的局部精細(xì)結(jié)構(gòu)，比目前國內(nèi)國際一般中小型太陽望遠(yuǎn)鏡的分辨率提高了3倍至5倍。”丁明德介紹，這將為觀測(cè)太陽爆發(fā)的動(dòng)力學(xué)過程提供更好的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
而作為未來全世界最大的軸對(duì)稱太陽望遠(yuǎn)鏡，WeHoST可同時(shí)對(duì)太陽光球?qū)雍蜕驅(qū)拥拇艌?chǎng)進(jìn)行更精準(zhǔn)的觀測(cè)。“太陽的絕大部分物質(zhì)是高溫等離子體，太陽的物態(tài)、運(yùn)動(dòng)和演變都與磁場(chǎng)密切相關(guān)。太陽磁場(chǎng)是研究太陽活動(dòng)最重要的物理量之一。”丁明德說。
茫茫太空中，兩顆來自中國的太陽觀測(cè)衛(wèi)星交相輝映：一顆是2021年發(fā)射的太陽探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”，一顆是2022年發(fā)射的先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)“夸父一號(hào)”。
既然已經(jīng)有衛(wèi)星可以近距離觀測(cè)太陽，為何還要建地面望遠(yuǎn)鏡?丁明德表示：“相較于空間科學(xué)衛(wèi)星，地面望遠(yuǎn)鏡可以做得更大，使用壽命更長，而且觀測(cè)的波段不同，WeHoST可以最多以6個(gè)波段同時(shí)觀測(cè)太陽光球?qū)雍蜕驅(qū)拥拇艌?chǎng)、光譜和太陽單色像。”
方成表示，WeHoST建成后，還可以不斷迭代和升級(jí)，比如根據(jù)科研需求，增加新的終端設(shè)備，并與太陽觀測(cè)衛(wèi)星配合，支撐建立我國天地一體化太陽立體觀測(cè)網(wǎng)。
“目前團(tuán)隊(duì)正在攻關(guān)、逐步驗(yàn)證多項(xiàng)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(jí)工程師李臻介紹，太陽照射到WeHoST鏡面的熱量可達(dá)約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。
而反射的約4500瓦熱量，也將集中到主鏡的主焦點(diǎn)處。為解決望遠(yuǎn)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(tuán)隊(duì)，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。團(tuán)隊(duì)還采用自主研發(fā)的專利技術(shù)，吸收主焦點(diǎn)附近的多余能量，通過控制制冷液的溫度和流速實(shí)現(xiàn)降溫，確保望遠(yuǎn)鏡長期穩(wěn)定運(yùn)行。
為獲得高分辨率的太陽觀測(cè)圖像，技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的干擾，進(jìn)一步提高觀測(cè)分辨率。
“目前，望遠(yuǎn)鏡主體還在研制中，團(tuán)隊(duì)還在攻關(guān)雙波段多狹縫磁場(chǎng)測(cè)量、多波段成像等技術(shù)，預(yù)計(jì)2026年底完成配套項(xiàng)目基建及望遠(yuǎn)鏡總裝，并進(jìn)行整體性能調(diào)試。”李臻說。
