你的目光被金邊日食吸引 一米新真空太陽望遠(yuǎn)鏡“眼睛”越大看得越清楚

太陽是地球上一切溫暖和光明之源，但太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射等各種爆發(fā)活動(dòng)也會(huì)給人類帶來重要影響甚至重大危害，產(chǎn)生嚴(yán)重的災(zāi)害性空間天氣事件。

6月21日，即將到來的金邊日食讓全球天文愛好者激動(dòng)萬分，這場(chǎng)難得的天文盛宴對(duì)于普通人和科學(xué)家來說都是一個(gè)“節(jié)日”。不過，不同于天文愛好者為了這次日食而臨時(shí)選購的望遠(yuǎn)鏡，在我國，有幾雙專業(yè)的“眼睛”一直在關(guān)注著太陽的一舉一動(dòng)。

厘米-分米波射電頻譜日像儀緊“盯”太陽爆發(fā)全過程

太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射等爆發(fā)活動(dòng)幾乎都發(fā)生在太陽色球和日冕中，通過太陽大氣中的自由磁能釋放而產(chǎn)生等離子體拋射、粒子加速和電磁波輻射。整個(gè)爆發(fā)過程可分為熱輻射過程和非熱動(dòng)力學(xué)過程兩部分，只有對(duì)這兩部分都進(jìn)行全面觀測(cè)和研究，才能全面把握太陽爆發(fā)的物理本質(zhì)和基本規(guī)律。

對(duì)于太陽爆發(fā)源區(qū)的等離子體不穩(wěn)定性、磁場(chǎng)重聯(lián)、粒子加速和傳播等非熱過程，必須利用射電望遠(yuǎn)鏡和太陽硬X射線望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè);同時(shí)，由于日冕具有大氣稀薄、高溫和弱磁場(chǎng)等特性，也必須利用射電天文方法才能獲得日冕以及更遠(yuǎn)的行星際空間等離子體的溫度、密度、磁場(chǎng)等各種物理參數(shù)。因此，太陽射電天文學(xué)是太陽物理、行星際物理甚至空間天氣學(xué)等領(lǐng)域的重要研究手段。

我國就有一臺(tái)這樣的射電望遠(yuǎn)鏡——“新一代厘米-分米波射電頻譜日像儀”，又叫“明安圖射電頻譜日像儀”(MUSER)，它是一個(gè)可在大量頻段、以極快速度給太陽“畫像”的設(shè)備。

MUSER位于內(nèi)蒙古自治區(qū)正鑲白旗境內(nèi)，整個(gè)MUSER望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)由106面天線組成綜合孔徑陣列，分布在近10平方千米的3條旋臂上，其最大基線長(zhǎng)度均為3千米。整個(gè)MUSER陣列分為高、低頻兩個(gè)子陣，觀測(cè)頻段覆蓋了太陽爆發(fā)的源區(qū)及初始能量釋放與傳播區(qū)域，可探測(cè)太陽爆發(fā)先兆、初發(fā)特征、能量釋放過程、粒子加速過程、非熱粒子流的能量和傳播演化，并診斷等離子體中的溫度、密度和磁場(chǎng)特征等。

MUSER的觀測(cè)和研究結(jié)果對(duì)理解太陽爆發(fā)過程中的能量釋放、粒子加速過程和探索爆發(fā)前兆都具有非常重要的意義，將為太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)研究提供重要的依據(jù)。

一米新真空太陽望遠(yuǎn)鏡“眼睛”越大看得越清楚

太陽是距離地球最近的恒星，人們能夠看到其表面的許多結(jié)構(gòu)特征。但是，要搞清楚各種太陽活動(dòng)背后的物理原因和變化規(guī)律，還需要看清太陽表面更加細(xì)微的特征，因此需要更大口徑的望遠(yuǎn)鏡。

在中國科學(xué)院云南天文臺(tái)撫仙湖太陽觀測(cè)與研究基地，坐落著一臺(tái)大口徑太陽望遠(yuǎn)鏡——“一米新真空太陽望遠(yuǎn)鏡”(NVST)，它的有效口徑為0.985米，真空封窗直徑達(dá)1.2米。它是目前我國綜合性能最好、口徑最大的地面(真空)光學(xué)太陽望遠(yuǎn)鏡，也是當(dāng)前國際三大前沿太陽觀測(cè)系統(tǒng)之一，達(dá)到世界同類設(shè)備的先進(jìn)水平。作為我國附近8個(gè)時(shí)區(qū)內(nèi)(120經(jīng)度范圍內(nèi))唯一能對(duì)太陽能進(jìn)行亞角秒級(jí)(0.1角秒)高分辨觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡，NVST已經(jīng)成為全球太陽觀測(cè)及空間天氣預(yù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)的重要結(jié)點(diǎn)。

NVST是一臺(tái)地平式望遠(yuǎn)鏡，整體建筑可以分成兩部分，前側(cè)面對(duì)撫仙湖，可以視為一個(gè)塔式結(jié)構(gòu)，望遠(yuǎn)鏡位于塔頂，距離湖面高度大約16米。后側(cè)建筑是光學(xué)實(shí)驗(yàn)室、觀測(cè)控制室、會(huì)議室和數(shù)據(jù)中心等。望遠(yuǎn)鏡的圓頂可完全打開，通過導(dǎo)軌可移動(dòng)至建筑體后側(cè)。望遠(yuǎn)鏡前方設(shè)置擋風(fēng)板，可根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向調(diào)節(jié)其遮擋方向和高度，從而減輕風(fēng)對(duì)望遠(yuǎn)鏡的影響。

利用不同波段，NVST可同時(shí)對(duì)太陽的光球、色球進(jìn)行高空間分辨率的觀測(cè)。借助優(yōu)良的觀測(cè)環(huán)境和復(fù)雜的圖像重建技術(shù)，光球?qū)拥膱D像可以接近望遠(yuǎn)鏡的衍射極限，而色球的邊緣觀測(cè)也處于國際領(lǐng)先水平。對(duì)太陽動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的高空間、高時(shí)間分辨的觀測(cè)，有助于天文學(xué)家理解各種太陽爆發(fā)以及活動(dòng)現(xiàn)象的觸發(fā)原因和本質(zhì)。

目前，NVST正在進(jìn)行科學(xué)儀器升級(jí)，以迎接即將到來的第25太陽活動(dòng)周。

太陽磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡和多通道望遠(yuǎn)鏡五大“武器”研究太陽磁場(chǎng)

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)懷柔觀測(cè)基地始建于1984年，1985年太陽磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡竣工并開始試觀測(cè)。太陽磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡集光、機(jī)、電和圖像采集處理之大成，它的研制可算得上一項(xiàng)浩繁的大工程，它是以中國科學(xué)院院士艾國祥為代表的我國老一輩天文學(xué)家共同奮斗的成果。

太陽磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡研制成功后，中國科學(xué)院院士艾國祥和他的合作者們進(jìn)一步著手多通道太陽望遠(yuǎn)鏡的研制。多通道太陽望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)包括五個(gè)功能不同的子望遠(yuǎn)鏡，它們統(tǒng)一組裝于帶有光電導(dǎo)行的望遠(yuǎn)鏡跟蹤系統(tǒng)上，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制五個(gè)子望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)動(dòng)。

通過多通道太陽望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家可獲得太陽光球和色球的多種數(shù)據(jù)，包括太陽光球的磁場(chǎng)強(qiáng)度、色球的磁場(chǎng)強(qiáng)度和速度，以及不同波長(zhǎng)處太陽色球單色圖像等。這些數(shù)據(jù)對(duì)于太陽物理學(xué)家了解太陽活動(dòng)的本質(zhì)和規(guī)律至關(guān)重要。

20世紀(jì)八九十年代，懷柔觀測(cè)基地因?yàn)樵谔柺噶看艌?chǎng)和視向速度場(chǎng)方面的優(yōu)異觀測(cè)能力，與美國大熊湖天文臺(tái)和美國馬歇爾飛行中心的磁場(chǎng)設(shè)備三足鼎立。特別是這里的色球磁場(chǎng)和速度場(chǎng)的常規(guī)觀測(cè)，為世界獨(dú)有。國內(nèi)外研究人員利用這些數(shù)據(jù)對(duì)太陽磁場(chǎng)及其活動(dòng)進(jìn)行了深入研究，在磁場(chǎng)和速度場(chǎng)形態(tài)演化、磁非勢(shì)特征與太陽活動(dòng)的相關(guān)性等方面做出了許多工作。

(作者系北京天文館副研究員張長(zhǎng)喜)

關(guān)鍵詞： 金邊日食