探究 | 擦亮地面和太空两双“眼睛”窥见“火色”真脸孔——观测太阳,中国科学团队向前走了几步?

交汇点讯 “曈曈太阳如火色”——太阳光耀醒目,就像一个天然的物理“尝试室”,释放出大量的等离子体、发生凌驾地球磁场数千倍的强磁场。要窥见太阳的真脸孔,科学家们需要特殊打造的“火眼金睛”。  记者近日相识到,由中国科学院院士方成传授、长江学者丁明德传授领衔的南京大学天文与空间科学学院太阳物理研究团队提出的“2.5米大视场高辨别率太阳望远镜”(英文简称WeHoT)项目已进入到加工创造阶段;另一项由南京大学、上海航天技能研究院和中科院长春景机所等单元结合研发的“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技能试验卫星”(太阳双超卫星,英文简称CHASE)预计将于本年底发射升空。在地面、太空的这两双“眼睛”将一起凝视最熟悉也最生疏的太阳。  受访者供图  WeHoT来了!  地面太阳望远镜为何难建  我国第一座塔式太阳望远镜降生在南京孝陵卫,上世纪80年代初由方成院士主持研制乐成,有了这座“太阳塔”,方成领导团队得到了很多高质量的太阳勾当二维光谱资料。  受访者供图  跟着科学技能的进展,为了对太阳“明察秋毫”,天文学家们需要设计创造更大口径、更高辨别率的太阳望远镜。我国现有的最大口径太阳望远镜是中科院云南天文台研制的口径1米的新真空太阳望远镜(NVST)。  “望远镜的口径越大,辨别率就越高。”丁明德传授说,但与如今动辄十多米口径的夜天文望远镜比拟,太阳望远镜很难做大。“因为太阳望远镜具有极强的聚热效率,举个简朴的例子,在太阳下举个小小的放大镜,都可能使一张纸燃烧起来。”科学研究也表白,太阳辐射强度很是高,在地球轨道处有1.36kW/m2的能量密度,相当于一间四人宿舍内开了七八个取暖器。太阳望远镜如何实现高热量下的散热,保持零件不受伤害,稳定形,是一个很大的技能难点。  丁明德告诉记者,由于上述原因,今朝国际上正在运行的地面大口径太阳望远镜都采纳了有利于散热的偏轴光路设计。此刻世界上正式运行的最大口径太阳望远镜是美国大熊湖天文台直径1.6米的古迪太阳望远镜(GST)。虽然它提供的辨别率足够开展大部门科学研究,可是由于光路设计的限制,其视场惟独2-3角分(太阳直径约为32角分),只能笼罩太阳外貌的百分之一阁下。  位于美国夏威夷的世界最大的4米口径太阳望远镜DKIST已经完成创造和安装,正处于调试运行状态。虽然DKIST的口径更大,理论观测辨别率更好,但它和GST一样使用偏轴设计,视场也很小,倒霉于观测较大范围的太阳发作勾当。  为了建筑一架创新的大型太阳望远镜,既有很高的空间辨别率,又有足够大的视场,南京大学太阳物理研究团队5年前提出了设计理念,颠末多次的研讨和评审,WeHoT于2019年10月正式启动建设。南京大学为牵头单元,互助方还包神马影院在线播放括神神马不卡马影院在线中科院紫金山天文台、云南天文台和南京天文光学技能研究所等单元。  丁明德先容,WeHoT采纳轴对称光学系统,鉴戒了我国著名光学工程专家、中国科学院院士苏定强传授主导提出的SYZ(苏定强、俞新木、周必方三人姓的拼音首字母)折轴光路设计,共同用最新技能研制的低膨胀系数玻璃和新研发的高效望远镜散热系统,使得WeHoT可以蒙受数倍于GST的散热压力,预期可到达7角分的圆视场(大概5角分的方视场),辨别率为0.1―0.3角秒(以500纳米光为例),能够笼罩整个太阳勾当区。视场与辨别率的兼顾,使得WeHoT在国际同类望远镜中独树一帜、难以替代。  CHASE要上天!  空间太阳探测卫星冲破在哪  在日地之间这一个天文单元的舞台上,各个太阳探测设备从差别角度展示着本身的怪异身手。  与地面上的WeHoT望远镜遥相呼应的,另有马上于本年发射到离地球500公里之外的空间太阳卫星——“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技能试验卫星”(CHASE)。CHASE卫星是我国第一颗兼顾科学观测和技能试验的太阳卫星。  “所谓‘双超’,是指超高指向精度、超高不变度。基于双超平台,遥感卫星的载荷(比方相机等)在太空拍照时将会更准、更稳,从而得到更高质量的观测图像。”CHASE卫星科学应用系统总设计师李川先容说。  据相识,CHASE卫星的主要科学载荷为“Hα成像光谱仪”。Hα成像光谱仪将通过高光谱扫描成像要领,在Hα临近波段的近百个波长点实现全日面成像。其具有很是先进的技能指标,好比光谱辨别率到达0.14埃,空间辨别率到达1角秒,全日面扫描时间仅为60秒等。  李川科普道,Hα是研究太阳勾当在光球和色球响应时最好的谱线之一,通过对这条谱线的数据阐明,可以得到太阳发作时大气温度、速度等物理量的变化,研究太阳发作的动力学历程和物理机制。CHASE卫星的发射乐成,将在国际上首次实现全日面Hα波段的光谱成像观测,努力形成中国科学家主导的原创性科研结果。  CHASE卫星观测对象很是明确,主要是太阳低层大气,如光球、色球等。将来,它将与我国首个专用的太阳观测卫星——“先进天基太阳天文台”(ASO-S)形成观测条理和观测波段的有效互补。  “要引领天文学科,必需研制本身一流的天文观测设备。”丁明德说,研制空间望远镜,技能难度相当大,需要在发射前期就考虑到方方面面的因素,幸免在几百公里甚至几千公里的太空中设备浮现故障,因此一个项目常常要花上五年、十年甚至几十年的时间去做,但这些都是值得的。WeHoT、CHAS神马不卡神马影院在线播放E神马影院在线和ASO-S的联测研究,对于晋升我国在太阳物理和空间物理范畴的国际影响力具有深远意义。  图片来历:视觉中国  眺望恒星“邻人”  太阳探测何故如此重要  南京大学两个太阳望远镜建设节拍,与调查太阳的周期也紧密相关。太阳勾当或者以11年为一个周期。自1755年第一个太阳勾当周开始,人类已经履历了24个太阳周期,此刻大家正处于第25个太阳勾当周的初期。  丁明德告诉记者,根据建设规划,WeHoT将于2024年完成研制,并于2025年完成安装调试,开始正式运行,以期遇上第25个太阳勾当周的活跃期。  在2025年阁下,太阳将从慵懒的状态中醒来,奋力发光发烧。但太阳的复苏,对人类的影响也要看“表情”。假如把太阳比作人,它要是打一个“喷嚏”(俗称太阳风暴),它的“飞沫”(高能等离子体)溅到了地球上,就可能会对地球和人类造成较大的危害:通信间断、卫星失效、电网停摆等“病症”都是有可能产生的。丁明德说,太阳的大范围发作还会使地球磁场受到影响,发生磁暴现象,影响到供电系统和石油输运系统。  “今朝探测到的太阳勾当包括太阳黑子、太阳耀斑、日冕物质抛射和暗条发作等等。”丁明德暗示,通过大口径、高辨别率的太阳望远镜,不仅可以调查太阳发作勾当的先兆特征,为灾害性空间天气的预警和预报提供理论支撑;更重要的是相识太阳的这些勾当区域是如何发生,如何进展演化,又如何导致太阳耀斑和日冕物质抛射等发作勾当的?求解太阳物理中最根基的科学问题。  探究太阳之所以重要,还在于它是大家独一的恒星“邻人”,是大家研究其它恒星的绝佳样本。“从地球望向深空,绝大大都的恒星对于大家来说都是一个点,很难对其他恒星举行外貌或区域性的单独研究。”丁明德说,其实大大都恒星外貌城市产生与太阳相似的勾当现象,但太阳是大家今朝独一可以猎取外貌信息的恒星。大家可以直接看到其外貌对流,可以直接丈量其磁场、调查其勾当……对太阳的观测为大家研究其它恒星和天体勾当提供了重要依据。  跟着人类科技的不停进展,尤其是我国比年来综合国力的不停晋升,中国空间站、嫦娥工程、火星打算等都得以实施。这些深空探测打算所需要考虑的一个重要因素就是行星际空间情况的扰动,而造成这些扰动的就是太阳发作勾当。因此,通过建筑更先进的太阳望远镜来监测太阳发作勾当也是办事国度战略需求的重要举措。  交汇点记者 杨频萍 蔡姝雯
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