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:
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太陽是離地球最近、與人類關係最密切的恆星，我們對它熟悉又陌生。
海拔4700米的四川稻城無名山上，一台觀天新“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准立項的國家重大科研儀器研製項目“2.5米大視場高分辨率太陽望遠鏡”（WeHoST）正式落户稻城，預計2026年底完成配套設施建設，開展望遠鏡總裝調試。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
據瞭解，WeHoST由南京大學聯合中國科學院南京天文光學技術研究所、中國科學院雲南天文台等單位共同研製，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，觀測台址選在海拔4700米的四川稻城無名山上，當地擁有優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勢，看得清的同時更能看得廣，分辨率較國內外現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。
丁明德打了個比方，顯微鏡雖然能夠看到細菌，但鏡中視野並不大。“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構，但對研究太陽活動區和太陽爆發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活動的細節。”
這是稻城太陽觀測台站預期模擬圖。（南京大學供圖）
攜手“羲和號”：“天地協同”提升空間天氣監測預報能力
我國已經發射首顆太陽探測科學技術試驗衞星，為何還要建設地面觀測台站？
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生的變化，建成後有望在世界上首次完整觀測太陽活動區產生和發展的全過程，將與“羲和號”等太陽觀測體系實現天地協同，進一步增強空間天氣監測預報能力。
作為太陽表面主要的爆發現象，太陽耀斑、日冕物質拋射和暗條爆發等，每次釋放的能量相當於上百億枚原子彈爆炸，對日地空間環境以及通訊、導航等科技活動產生影響，輕則干擾短波通訊，嚴重情況下還會減少衞星壽命，甚至破壞電網和石油管道。當前，天文學界對於這些爆發現象為何出現、爆發前有何徵兆仍不瞭解。
“通過發揮WeHoST大視場、高分辨率的觀測能力，結合數據驅動模擬，科學家能夠詳細研究太陽爆發現象，剖析其背後的物理規律，為災害性空間天氣預報提供堅實的理論和觀測基礎。”方成説。
這是稻城太陽觀測台站工程結構模擬圖。（南京大學供圖）
“防暑降温”專利：確保設施長期穩定運行
“研製大型光學太陽望遠鏡，最大的技術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升水從常温加熱至沸騰。
擁有這麼大的口徑，WeHoST為何能長時間“盯”着太陽看呢？
專家説，望遠鏡鏡面本身可以反射90%以上的熱量，相當於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，後者是一個直徑僅3.5釐米的圓面，還沒有一枚乒乓球大。
然而，根據熱脹冷縮原理，受熱部位會發生變形，望遠鏡內部也可能產生類似現象，被加熱的空氣形成湍流，這些因素都會干擾觀測精度。按照設計要求，鏡筒與環境的温差須控制在5攝氏度以內，主鏡、主焦點與環境的温差須控制在2攝氏度以內。
為了解決散熱問題，研製單位採用已有的預研成果，在主鏡背部均勻佈置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。主焦點則採用中國科學院南京天文光學技術研究所的專利技術，吸收多餘能量後，通過控制製冷液的温度和流速實現降温，確保設施長期穩定運行。
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，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”帶來新發現。
“時域天文學”是國際天文學的新興領域，它的研究對象包括超新星、引力波、超大質量黑洞吞噬恆星等快速變化的天體現象。
“國際上新一代望遠鏡都在加快佈局時域天文研究，開發新技術平台，拓展人類認知邊界。”丁明德表示，WeHoST建成後，將充分發揮我國地理位置的優勢，完善全球時域天文聯網觀測，揭秘更多未知帶來新驚喜。
策劃：陳芳
統籌：吳晶、孫聞
記者：胡喆、陳席元、薛晨
編輯：李歡
新華社國內部出品