科學與健康丨觀天“利器”!我國新一代太陽望遠鏡來了

　　開欄的話:

　　科技創(chuàng)新，是推進中國式現(xiàn)代化的必由之路;人民健康，是社會主義現(xiàn)代化的重要標志。新時代新征程，科學之光照亮民族復興之路，健康中國擦亮民生幸福底色。

　　新華社即日起開設(shè)“科學與健康”欄目，聚焦科技創(chuàng)新前沿成果與健康中國行動要求，以權(quán)威視角講述創(chuàng)新故事，以百姓語言解讀民生熱點，以新智新知推動科普宣傳。

　　太陽是離地球最近、與人類關(guān)系最密切的恒星，我們對它熟悉又陌生。

　　海拔4700米的四川稻城無名山上，一臺觀天新“利器”將帶來新探索。

　　24日，由教育部推薦、國家自然科學基金委員會批準立項的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)正式落戶稻城，預計2026年底完成配套設(shè)施建設(shè)，開展望遠鏡總裝調(diào)試。從“中國天眼”FAST到新一代太陽望遠鏡WeHoST，中國探索宇宙不停步。

　　高海拔大口徑：能夠覆蓋整個太陽活動區(qū)

　　據(jù)了解，WeHoST由南京大學聯(lián)合中國科學院南京天文光學技術(shù)研究所、中國科學院云南天文臺等單位共同研制，是全球最大的軸對稱太陽望遠鏡。

　　目前，望遠鏡本體即將建造完畢，觀測臺址選在海拔4700米的四川稻城無名山上，當?shù)負碛袃?yōu)良的大氣寧靜度和太陽觀測條件。

　　項目總負責人、南京大學天文與空間科學學院教授丁明德介紹，WeHoST主鏡口徑達2.5米，兼具高分辨率和大視場的優(yōu)勢，看得清的同時更能看得廣，分辨率較國內(nèi)外現(xiàn)有的大口徑太陽望遠鏡有所提升的同時，觀測視場也擴大了三到四倍，能夠覆蓋整個太陽活動區(qū)。

　　丁明德打了個比方，顯微鏡雖然能夠看到細菌，但鏡中視野并不大。“觀察太陽也是如此，目前已有的太陽望遠鏡，雖然能夠清晰觀察到太陽表面小尺度的精細結(jié)構(gòu)，但對研究太陽活動區(qū)和太陽爆發(fā)活動而言還遠遠不夠。我們必須從更宏觀的視角觀察，才能更全面掌握每一次爆發(fā)活動的細節(jié)。”

　　這是稻城太陽觀測臺站預期模擬圖。(南京大學供圖)

　　攜手“羲和號”：“天地協(xié)同”提升空間天氣監(jiān)測預報能力

　　我國已經(jīng)發(fā)射首顆太陽探測科學技術(shù)試驗衛(wèi)星，為何還要建設(shè)地面觀測臺站?

　　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可以觀察太陽大氣不同高度發(fā)生的變化，建成后有望在世界上首次完整觀測太陽活動區(qū)產(chǎn)生和發(fā)展的全過程，將與“羲和號”等太陽觀測體系實現(xiàn)天地協(xié)同，進一步增強空間天氣監(jiān)測預報能力。

　　作為太陽表面主要的爆發(fā)現(xiàn)象，太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射和暗條爆發(fā)等，每次釋放的能量相當于上百億枚原子彈爆炸，對日地空間環(huán)境以及通訊、導航等科技活動產(chǎn)生影響，輕則干擾短波通訊，嚴重情況下還會減少衛(wèi)星壽命，甚至破壞電網(wǎng)和石油管道。當前，天文學界對于這些爆發(fā)現(xiàn)象為何出現(xiàn)、爆發(fā)前有何征兆仍不了解。

　　“通過發(fā)揮WeHoST大視場、高分辨率的觀測能力，結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動模擬，科學家能夠詳細研究太陽爆發(fā)現(xiàn)象，剖析其背后的物理規(guī)律，為災害性空間天氣預報提供堅實的理論和觀測基礎(chǔ)。”方成說。

　　這是稻城太陽觀測臺站工程結(jié)構(gòu)模擬圖。(南京大學供圖)

　　“防暑降溫”專利：確保設(shè)施長期穩(wěn)定運行

　　“研制大型光學太陽望遠鏡，最大的技術(shù)難題就是控制太陽照射帶來的熱量。”南京大學天文與空間科學學院高級工程師李臻介紹，被太陽照射時，2.5米主鏡接收到的熱量可達5000瓦，幾秒鐘就可以將1升水從常溫加熱至沸騰。

　　擁有這么大的口徑，WeHoST為何能長時間“盯”著太陽看呢?

　　專家說，望遠鏡鏡面本身可以反射90%以上的熱量，相當于主鏡真正吸收的熱量在500瓦左右，被反射的4500瓦熱量集中到主鏡的焦點處，后者是一個直徑僅3.5厘米的圓面，還沒有一枚乒乓球大。

　　然而，根據(jù)熱脹冷縮原理，受熱部位會發(fā)生變形，望遠鏡內(nèi)部也可能產(chǎn)生類似現(xiàn)象，被加熱的空氣形成湍流，這些因素都會干擾觀測精度。按照設(shè)計要求，鏡筒與環(huán)境的溫差須控制在5攝氏度以內(nèi)，主鏡、主焦點與環(huán)境的溫差須控制在2攝氏度以內(nèi)。

　　為了解決散熱問題，研制單位采用已有的預研成果，在主鏡背部均勻布置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。主焦點則采用中國科學院南京天文光學技術(shù)研究所的專利技術(shù)，吸收多余能量后，通過控制制冷液的溫度和流速實現(xiàn)降溫，確保設(shè)施長期穩(wěn)定運行。

　　這是建造中的“2.5米大視場高分辨率太陽望遠鏡”本體。(南京大學供圖)

　　日夜光路切換：太陽望遠鏡也“上夜班”

　　太陽望遠鏡，顧名思義，觀察太陽是主業(yè)，那它在夜晚就休息了嗎?

　　其實不然。李臻告訴記者，WeHoST可以通過平面反光鏡轉(zhuǎn)折光路，不到10分鐘就能完成日夜光路切換。這點也決定了它與常見的大口徑天文望遠鏡不同，這種快速響應能力有望為我國“時域天文學”帶來新發(fā)現(xiàn)。

　　“時域天文學”是國際天文學的新興領(lǐng)域，它的研究對象包括超新星、引力波、超大質(zhì)量黑洞吞噬恒星等快速變化的天體現(xiàn)象。

　　“國際上新一代望遠鏡都在加快布局時域天文研究，開發(fā)新技術(shù)平臺，拓展人類認知邊界。”丁明德表示，WeHoST建成后，將充分發(fā)揮我國地理位置的優(yōu)勢，完善全球時域天文聯(lián)網(wǎng)觀測，揭秘更多未知帶來新驚喜。