全球首臺(tái)！揭秘精確測(cè)量太陽(yáng)磁場(chǎng)的望遠(yuǎn)鏡

　　在青海冷湖海拔4000米的賽什騰山上，一架特殊的望遠(yuǎn)鏡正靜靜觀測(cè)著太陽(yáng)。它不像傳統(tǒng)天文望遠(yuǎn)鏡在夜間工作，而是在白天“直視”太陽(yáng)，捕捉著一種肉眼看不見(jiàn)的光——中紅外光。

　　近日，國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目“用于太陽(yáng)磁場(chǎng)精確測(cè)量的中紅外觀測(cè)系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱(chēng)AIMS望遠(yuǎn)鏡）通過(guò)結(jié)題驗(yàn)收，這架全球首臺(tái)中紅外波段太陽(yáng)磁場(chǎng)專(zhuān)用觀測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了哪些突破？未來(lái)有何科學(xué)潛力與研究前景？

　　突破瓶頸：直接測(cè)量太陽(yáng)磁場(chǎng)

　　太陽(yáng)磁場(chǎng)與生活息息相關(guān)，強(qiáng)烈的太陽(yáng)磁場(chǎng)活動(dòng)會(huì)引發(fā)太陽(yáng)耀斑，影響地球的通信導(dǎo)航、電網(wǎng)安全。百年來(lái)，科學(xué)家們只能通過(guò)可見(jiàn)光波段“間接推算”太陽(yáng)磁場(chǎng)。

　　AIMS技術(shù)負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員王東光比喻：“以前太陽(yáng)磁場(chǎng)測(cè)量在可見(jiàn)光波段，需要分幾步才能得到，這個(gè)過(guò)程會(huì)帶來(lái)很大誤差；AIMS在中紅外波段觀測(cè)，可以通過(guò)傅立葉光譜儀的太陽(yáng)光譜直接獲得?！?/p>

　　王東光介紹，通過(guò)12.3微米中紅外波段觀測(cè)，利用超窄帶傅立葉光譜儀直接測(cè)量塞曼裂距，將磁場(chǎng)測(cè)量精度提升至優(yōu)于10高斯量級(jí)，解決了太陽(yáng)磁場(chǎng)測(cè)量百年歷史中的瓶頸問(wèn)題。此外，AIMS望遠(yuǎn)鏡的紅外光譜儀、成像終端及真空制冷系統(tǒng)等全部部件均為國(guó)產(chǎn)，體現(xiàn)了我國(guó)天文儀器的自主創(chuàng)新能力。

　　“這不僅是科研項(xiàng)目的成功，更是我國(guó)重大科研儀器研制能力的集中展示。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)高級(jí)工程師馮志偉介紹，試觀測(cè)期間，團(tuán)隊(duì)解決了雜散光干擾、探測(cè)器穩(wěn)定性等難題，為后續(xù)大型天文設(shè)備在高海拔地區(qū)的建設(shè)提供了重要參考。

圖為望遠(yuǎn)鏡塔樓。（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)提供）

　　高原堅(jiān)守：每個(gè)數(shù)據(jù)都來(lái)之不易

　　在海拔4000米的高原建設(shè)如此精密的光學(xué)設(shè)備，考驗(yàn)的不僅是科學(xué)智慧，更是工程毅力。

　　2018年的冬天，當(dāng)?shù)谝慌蒲腥藛T踏上賽什騰山時(shí)，這里還是一片荒原。沒(méi)有路，建塔材料全靠直升機(jī)吊運(yùn)；沒(méi)有住所，科研人員棲身于集裝箱或簡(jiǎn)易木屋；飲用水和食物需要人力背運(yùn)上山。

　　“調(diào)試期間，我們常常連續(xù)四五天無(wú)法下山。”一位團(tuán)隊(duì)成員回憶道，在零下20多攝氏度的嚴(yán)寒中，是同伴們的堅(jiān)守讓荒山煥發(fā)生機(jī)。

　　2022年6月，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)抵冷湖后，原本在西安測(cè)試良好的設(shè)備光學(xué)質(zhì)量突然下降。團(tuán)隊(duì)花了兩個(gè)多月時(shí)間反復(fù)排查，最終發(fā)現(xiàn)是低溫導(dǎo)致膠體收縮使鏡面變形。設(shè)備不得不運(yùn)回西安改進(jìn)，這一往返就是大半年。

　　更大的挑戰(zhàn)還在后面。傅立葉光譜儀的電信號(hào)放大倍率極高，即使在設(shè)計(jì)和實(shí)施中都采取了電磁屏蔽措施，望遠(yuǎn)鏡仍對(duì)其產(chǎn)生了干擾信號(hào)。團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)20余個(gè)日夜，通過(guò)多層濾波、隔離和嚴(yán)格接地，終于在2023年7月15日首次成功接收到太陽(yáng)光譜。

　　“那一刻，所有的疲憊都化為了喜悅?！瘪T志偉說(shuō)，這一被團(tuán)隊(duì)稱(chēng)為“初光”的時(shí)刻，標(biāo)志著中國(guó)在中紅外太陽(yáng)觀測(cè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新跨越。

圖為望遠(yuǎn)鏡裝調(diào)時(shí)期。（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)提供）

　　展望未來(lái)：讓空間天氣預(yù)報(bào)更精準(zhǔn)

　　隨著AIMS望遠(yuǎn)鏡正式轉(zhuǎn)入科學(xué)產(chǎn)出階段，帶來(lái)的不僅是基礎(chǔ)研究的成果，更有廣闊的應(yīng)用前景。

　　通過(guò)對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)的精確觀測(cè)，為揭示太陽(yáng)劇烈爆發(fā)中物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)移機(jī)制、研究磁能積累與釋放提供了新的數(shù)據(jù)支持。這將大幅提升對(duì)太陽(yáng)劇烈爆發(fā)的預(yù)測(cè)能力，為空間天氣預(yù)報(bào)提供更精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。

　　“就像氣象預(yù)報(bào)一樣，未來(lái)人類(lèi)需要提前數(shù)天預(yù)測(cè)強(qiáng)烈的太陽(yáng)活動(dòng)，為衛(wèi)星運(yùn)行、電網(wǎng)調(diào)度提供預(yù)警。對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)的深入理解是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ)?！盇IMS課題負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員鄧元勇表示，AIMS望遠(yuǎn)鏡的建成填補(bǔ)了國(guó)際中紅外太陽(yáng)磁場(chǎng)觀測(cè)的空白。

　　科學(xué)史上，每一次觀測(cè)技術(shù)的突破都帶來(lái)對(duì)宇宙認(rèn)知的更新。AIMS望遠(yuǎn)鏡的建成和使用，正是科學(xué)裝置從探索宇宙奧秘到服務(wù)社會(huì)的一個(gè)縮影。在這架觀測(cè)太陽(yáng)的望遠(yuǎn)鏡背后，人們看到的不僅是中國(guó)科學(xué)事業(yè)的進(jìn)步，更是一代代科研工作者仰望星空、腳踏實(shí)地的不懈奮斗。（記者胡喆、陳杰）