打造洞察太陽的火眼金睛_風聞

太陽是最接近人類的一顆恆星，是人類認識億萬恆星、星系乃至宇宙的一個起始點。

圖1. 太陽在銀河系的位置（圖源：ESA）

太陽會產生劇烈的爆發現象，稱為日冕物質拋射和太陽耀斑，向行星際空間拋出數十億噸等離子體物質，發射高能粒子和高能輻射，從而對地球和空間環境造成干擾。

圖2. 太陽耀斑（圖源：SDO衞星）

圖3. 日冕物質拋射（圖源：SOHO衞星）

太陽活動涉及磁重聯、粒子加速和等離子體拋射等基本物理過程，這些過程在恆星耀發、伽瑪射線暴和吸積盤噴流等天體活動現象中都存在。因此，研究太陽活動有兩個重要意義，一是準確預報地球附近的空間天氣，二是準確理解天體中的基本物理過程。

圖4. 全日面太陽像（圖源：SDO衞星）

太陽的特殊地位還在於，它是唯一一顆可以進行高空間分辨率和高偏振精度測量的恆星。因此，研製大型的太陽望遠鏡是推進太陽物理研究和天文學研究的必要途徑。

經過多年的調研和論證，“2.5米大視場高分辨率太陽望遠鏡”（Wide-field andHigh-resolution Solar Telescope, 簡稱WeHoT）項目於2019年10月12日正式啓動建設。該項目的構想是方成院士於2013年提出的。項目由南京大學牽頭，中科院南京天文光學技術研究所、雲南天文台、紫金山天文台參與合作，計劃於2025年前後研製完成。屆時，WeHoT將是世界上最大的軸對稱太陽望遠鏡（美國4米DKIST望遠鏡是偏軸設計）。

圖5. WeHoT設計簡圖（圖源：中科院南京天光所）

圖6. WeHoT啓動會現場（圖源：WeHoT項目組）

太陽活動的根源是磁場。太陽磁場產生於太陽內部的發電機過程。內部產生的磁場浮現至表面。太陽大氣複雜的運動加劇了磁場的複雜性，從而積累起巨大的自由能，醖釀一次又一次太陽爆發。

圖7. 太陽光球磁場（圖源：SDO衞星）

圖8. 太陽爆發的三維磁流體力學模擬（圖源：ApJ、NatCo）

WeHoT的一個基本任務就是通過多波段、多層次、高分辨率的磁場和光譜觀測，研究活動區的起源和演化、太陽爆發的儲能和觸發機制、能量釋放和輸運機制、加熱和動力學演化等問題。

圖9. WeHoT主鏡鏡坯（圖源：WeHoT項目組）

太陽爆發涉及到各種不同尺度的過程，觀測時既需要高分辨率，也需要比較大的視場。目前世界上正在運行的大型太陽望遠鏡雖然可以提供高分辨率的觀測，但其視場大小一般只有2―3角分。特別是在採用自適應光學後，有效視場僅1角分或更小，完全不足以覆蓋整個活動區或一次較大規模的爆發現象（5角分以上）。這就嚴重限制了我們對太陽爆發的全面瞭解。

圖10. 7角分的視場（黃色圓）可覆蓋常見的太陽活動區（圖源：BBSO/GST望遠鏡）

圖11. 大視場、高分辨率的觀測才能揭示大耀斑的完整演化過程（圖源：SDO衞星和BBSO/GST望遠鏡）

如何兼顧高分辨率和大視場是現代天文望遠鏡研製的關鍵技術。WeHoT採用了蘇定強院士等人提出的SYZ折軸光路設計，採用具有超大視場的地表層自適應光學（GLAO）校正模式，預期在視寧度較好的情況下能達到7角分的有效視場。兼顧大視場和高分辨率正是WeHoT區別於其它大型太陽望遠鏡最重要的特色，對太陽活動的研究意義重大。

圖12. 正在運行和計劃中的大型太陽望遠鏡的視場和分辨率對比（圖源：WeHoT項目組）

WeHoT的另一個特色是它還兼顧了夜天文的觀測。由於其創新的設計，只要簡單切換光路系統，它在夜間依然可以正常工作。WeHoT能快速調整指向，因此能對時域天文學研究做出重要貢獻，觀測目標包括超新星和光學瞬變星、伽瑪射線暴、黑洞潮汐瓦解事件、引力波光學對應體、雙超大質量黑洞以及系外行星等。

圖13. 超新星爆發（圖源：ESO）

圖14. 引力潮汐撕裂事件（圖源：Sophia Dagnello / NRAO）

WeHoT具有先進的設計理念和技術指標，它將提供前所未有的太陽活動的全面和精細的圖像，無疑將成為洞察太陽的火眼金睛，是揭示太陽活動區和太陽活動起源的利器。同時，WeHoT也將為我國天文學人才培養做出重要貢獻。

作者 · 簡介

南京大學WeHoT項目組，主要成員包括方成院士、丁明德教授、陳鵬飛教授、李臻高級工程師、郝奇副教授、吳偉副研究員、朱沁虞助理研究員。