科學(xué)與健康丨觀天“利器”!我國(guó)新一代太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡來(lái)了

　　開(kāi)欄的話:

　　科技創(chuàng)新，是推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化的必由之路;人民健康，是社會(huì)主義現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。新時(shí)代新征程，科學(xué)之光照亮民族復(fù)興之路，健康中國(guó)擦亮民生幸福底色。

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

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

　　海拔4700米的四川稻城無(wú)名山上，一臺(tái)觀天新“利器”將帶來(lái)新探索。

　　24日，由教育部推薦、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)的國(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(yáng)望遠(yuǎn)鏡”(WeHoST)正式落戶稻城，預(yù)計(jì)2026年底完成配套設(shè)施建設(shè)，開(kāi)展望遠(yuǎn)鏡總裝調(diào)試。從“中國(guó)天眼”FAST到新一代太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡WeHoST，中國(guó)探索宇宙不停步。

　　高海拔大口徑：能夠覆蓋整個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)

　　據(jù)了解，WeHoST由南京大學(xué)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所、中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)等單位共同研制，是全球最大的軸對(duì)稱太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡。

　　目前，望遠(yuǎn)鏡本體即將建造完畢，觀測(cè)臺(tái)址選在海拔4700米的四川稻城無(wú)名山上，當(dāng)?shù)負(fù)碛袃?yōu)良的大氣寧?kù)o度和太陽(yáng)觀測(cè)條件。

　　項(xiàng)目總負(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主鏡口徑達(dá)2.5米，兼具高分辨率和大視場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，看得清的同時(shí)更能看得廣，分辨率較國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡有所提升的同時(shí)，觀測(cè)視場(chǎng)也擴(kuò)大了三到四倍，能夠覆蓋整個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)。

　　丁明德打了個(gè)比方，顯微鏡雖然能夠看到細(xì)菌，但鏡中視野并不大。“觀察太陽(yáng)也是如此，目前已有的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，雖然能夠清晰觀察到太陽(yáng)表面小尺度的精細(xì)結(jié)構(gòu)，但對(duì)研究太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)和太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)而言還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dòng)的細(xì)節(jié)。”

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

　　攜手“羲和號(hào)”：“天地協(xié)同”提升空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力

　　我國(guó)已經(jīng)發(fā)射首顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，為何還要建設(shè)地面觀測(cè)臺(tái)站?

　　中國(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可以觀察太陽(yáng)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(cè)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)產(chǎn)生和發(fā)展的全過(guò)程，將與“羲和號(hào)”等太陽(yáng)觀測(cè)體系實(shí)現(xiàn)天地協(xié)同，進(jìn)一步增強(qiáng)空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力。

　　作為太陽(yáng)表面主要的爆發(fā)現(xiàn)象，太陽(yáng)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(dāng)于上百億枚原子彈爆炸，對(duì)日地空間環(huán)境以及通訊、導(dǎo)航等科技活動(dòng)產(chǎn)生影響，輕則干擾短波通訊，嚴(yán)重情況下還會(huì)減少衛(wèi)星壽命，甚至破壞電網(wǎng)和石油管道。當(dāng)前，天文學(xué)界對(duì)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(guò)發(fā)揮WeHoST大視場(chǎng)、高分辨率的觀測(cè)能力，結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模擬，科學(xué)家能夠詳細(xì)研究太陽(yáng)爆發(fā)現(xiàn)象，剖析其背后的物理規(guī)律，為災(zāi)害性空間天氣預(yù)報(bào)提供堅(jiān)實(shí)的理論和觀測(cè)基礎(chǔ)。”方成說(shuō)。

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

　　“防暑降溫”專利：確保設(shè)施長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行

　　“研制大型光學(xué)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，最大的技術(shù)難題就是控制太陽(yáng)照射帶來(lái)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，被太陽(yáng)照射時(shí)，2.5米主鏡接收到的熱量可達(dá)5000瓦，幾秒鐘就可以將1升水從常溫加熱至沸騰。

　　擁有這么大的口徑，WeHoST為何能長(zhǎng)時(shí)間“盯”著太陽(yáng)看呢?

　　專家說(shuō)，望遠(yuǎn)鏡鏡面本身可以反射90%以上的熱量，相當(dāng)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(diǎn)處，后者是一個(gè)直徑僅3.5厘米的圓面，還沒(méi)有一枚乒乓球大。

　　然而，根據(jù)熱脹冷縮原理，受熱部位會(huì)發(fā)生變形，望遠(yuǎn)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(huì)干擾觀測(cè)精度。按照設(shè)計(jì)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(diǎn)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(wèn)題，研制單位采用已有的預(yù)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(fēng)的方式帶走鏡面吸收的太陽(yáng)能。主焦點(diǎn)則采用中國(guó)科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所的專利技術(shù)，吸收多余能量后，通過(guò)控制制冷液的溫度和流速實(shí)現(xiàn)降溫，確保設(shè)施長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

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

　　日夜光路切換：太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡也“上夜班”

　　太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，顧名思義，觀察太陽(yáng)是主業(yè)，那它在夜晚就休息了嗎?

　　其實(shí)不然。李臻告訴記者，WeHoST可以通過(guò)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(diǎn)也決定了它與常見(jiàn)的大口徑天文望遠(yuǎn)鏡不同，這種快速響應(yīng)能力有望為我國(guó)“時(shí)域天文學(xué)”帶來(lái)新發(fā)現(xiàn)。

　　“時(shí)域天文學(xué)”是國(guó)際天文學(xué)的新興領(lǐng)域，它的研究對(duì)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(guó)際上新一代望遠(yuǎn)鏡都在加快布局時(shí)域天文研究，開(kāi)發(fā)新技術(shù)平臺(tái)，拓展人類認(rèn)知邊界。”丁明德表示，WeHoST建成后，將充分發(fā)揮我國(guó)地理位置的優(yōu)勢(shì)，完善全球時(shí)域天文聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)，揭秘更多未知帶來(lái)新驚喜。