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揭示太陽奧秘,我國(guó)建設(shè)大視場(chǎng)高分辨率太陽望遠(yuǎn)鏡

1周前 來源:科技日?qǐng)?bào) 觀看:10

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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。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

如今,人類對(duì)太陽的觀測(cè)仰望,又多了一雙“慧眼”。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

6月24日,國(guó)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。望遠(yuǎn)鏡建成后,將是目前全世界最大的軸對(duì)稱太陽望遠(yuǎn)鏡。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

揭開太陽“成長(zhǎng)”之謎的同時(shí),該望遠(yuǎn)鏡也將在超新星、伽瑪暴、黑洞潮汐瓦解及恒星耀發(fā)等時(shí)域天文學(xué)觀測(cè)方面探索更多未知答案。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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建造中的“2.5米大視場(chǎng)高分辨率太陽望遠(yuǎn)鏡”本體。南京大學(xué)供圖

大口徑、高分辨率,可看清太陽活動(dòng)區(qū)和太陽爆發(fā)全貌TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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(duì)人類的航空航天活動(dòng),電力、通訊、導(dǎo)航等,都會(huì)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。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

“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,比如太陽為何會(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?!盬eHoST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。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

工欲善其事,必先利其器?!澳壳耙延械拇笮吞柾h(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?!敝袊?guó)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)大了三到四倍,能夠覆蓋整個(gè)太陽活動(dòng)區(qū)。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

視場(chǎng)擴(kuò)大的同時(shí),WeHoST的分辨率也達(dá)到0.1至0.3角秒?!斑@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(xì)結(jié)構(gòu),比目前國(guó)內(nèi)國(guó)際一般中小型太陽望遠(yuǎn)鏡的分辨率提高了三至五倍?!倍∶鞯陆榻B,這對(duì)于觀測(cè)太陽爆發(fā)的動(dòng)力學(xué)過程將提供更好的觀測(cè)數(shù)據(jù)。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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)?!疤柕慕^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?!倍∶鞯抡f。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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稻城太陽觀測(cè)臺(tái)站工程結(jié)構(gòu)模擬圖。南京大學(xué)供圖

攻關(guān)四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建天地一體化太陽觀測(cè)網(wǎng)TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

茫茫太空中,兩顆來自中國(guó)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)”。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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(zhǎng),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?!?span style="display:none">TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

方成表示,WeHoST建成后,還可以不斷迭代和升級(jí),根據(jù)科研需求,增加新的終端設(shè)備,與太陽觀測(cè)衛(wèi)星配合起來,支撐建立我國(guó)天地一體化太陽立體觀測(cè)網(wǎng)。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

“目前團(tuán)隊(duì)正在攻關(guān)、逐步驗(yàn)證四項(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?!蹦暇┐髮W(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)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。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

“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(shí)鏡面溫度高于空氣溫度,與鏡面上方空氣出現(xiàn)熱對(duì)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。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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(guó)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,同時(shí)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(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

想獲得高分辨率的太陽觀測(cè)圖像,需有天時(shí)地利人和。方成介紹,此前中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)有關(guān)單位歷時(shí)10余年在全國(guó)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(cè)條件,建成后將是世界上海拔最高的太陽觀測(cè)臺(tái)站。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

在此基礎(chǔ)上,科研團(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。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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稻城太陽觀測(cè)臺(tái)站預(yù)期模擬圖。南京大學(xué)供圖

“目前,望遠(yuǎn)鏡主體還在研制中,團(tuán)隊(duì)還在攻克雙波段多狹縫磁場(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?!崩钫檎f。TCE即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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