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我國建設大視場高分辨率太陽望遠鏡

來源: 新華網

2025-06-27 22:26:00

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配套項目,預計2027年望遠鏡完成裝調并投入試運行。建成后,該望遠鏡將成為目前全世界最大的軸對稱太陽望遠鏡。

“目前太陽研究的焦點問題之一是太陽爆發的物理機制。譬如太陽為何會爆發、太陽爆發是如何釋放能量的、太陽爆發對地球會產生什么影響等。”WeHoST項目負責人、南京大學天文與空間科學學院教授丁明德介紹,WeHoST的科學目標就是觀測研究太陽活動區的起源和演化,以及太陽爆發現象,特別是太陽耀斑和日冕物質拋射的特征和機制。

工欲善其事,必先利其器。“目前已有的大型太陽望遠鏡鏡視場小,雖然能夠清晰觀察到太陽表面小尺度的精細結構,但對于研究太陽活動區和太陽爆發活動還遠遠不夠。而WeHoST最大的特點就是既有大視場又有高分辨率,可以看到太陽爆發全貌。”中國科學院院士、南京大學天文與空間科學學院教授方成表示,WeHoST的觀測視場擴大到7角分,可以看到太陽表面直徑30萬公里范圍內的太陽活動,比現有的太陽望遠鏡擴大了3倍到4倍,能夠覆蓋整個太陽活動區。

視場擴大的同時,WeHoST的分辨率也達到0.1角秒至0.3角秒。“這相當于可以看得清太陽表面70公里至200公里范圍的局部精細結構,比目前國內國際一般中小型太陽望遠鏡的分辨率提高了3倍至5倍。”丁明德介紹,這將為觀測太陽爆發的動力學過程提供更好的觀測數據。

而作為未來全世界最大的軸對稱太陽望遠鏡,WeHoST可同時對太陽光球層和色球層的磁場進行更精準的觀測。“太陽的絕大部分物質是高溫等離子體,太陽的物態、運動和演變都與磁場密切相關。太陽磁場是研究太陽活動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衛星交相輝映:一顆是2021年發射的太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”,一顆是2022年發射的先進天基太陽天文臺“夸父一號”。

既然已經有衛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:“相較于空間科學衛星,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層和色球層的磁場、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,比如根據科研需求,增加新的終端設備,并與太陽觀測衛星配合,支撐建立我國天地一體化太陽立體觀測網。

“目前團隊正在攻關、逐步驗證多項關鍵技術,其中最大的技術難題就是控制太陽照射帶來的熱量。”南京大學天文與空間科學學院高級工程師李臻介紹,太陽照射到WeHoST鏡面的熱量可達約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處。為解決望遠鏡的散熱問題,中國科學院南京天文光學技術研究所團隊,采用鏡面背部制冷技術,在背部均勻布置200多根氣管,組成陣列,以噴射冷風的方式帶走鏡面吸收的太陽能。團隊還采用自主研發的專利技術,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降溫,確保望遠鏡長期穩定運行。

為獲得高分辨率的太陽觀測圖像,技術團隊又采用地表層自適應光學技術,以克服地球大氣擾動對圖像質量的干擾,進一步提高觀測分辨率。

“目前,望遠鏡主體還在研制中,團隊還在攻關雙波段多狹縫磁場測量、多波段成像等技術,預計2026年底完成配套項目基建及望遠鏡總裝,并進行整體性能調試。”李臻說。(記者 金 鳳) 

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