在青海冷湖海拔4000米的賽什騰山上，一架特殊的望遠(yuǎn)鏡正靜靜觀測著太陽。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，捕捉著一種肉眼看不見的光——中紅外光。

近日，國家重大科研儀器研制項(xiàng)目“用于太陽磁場精確測量的中紅外觀測系統(tǒng)”（簡稱AIMS望遠(yuǎn)鏡）通過結(jié)題驗(yàn)收，這架全球首臺(tái)中紅外波段太陽磁場專用觀測設(shè)備實(shí)現(xiàn)了哪些突破？未來有何科學(xué)潛力與研究前景？

突破瓶頸：直接測量太陽磁場

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

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

王東光介紹，通過12.3微米中紅外波段觀測，利用超窄帶傅立葉光譜儀直接測量塞曼裂距，將磁場測量精度提升至優(yōu)于10高斯量級(jí)，解決了太陽磁場測量百年歷史中的瓶頸問題。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)等全部部件均為國產(chǎn)，體現(xiàn)了我國天文儀器的自主創(chuàng)新能力。

“這不僅是科研項(xiàng)目的成功，更是我國重大科研儀器研制能力的集中展示?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺(tái)高級(jí)工程師馮志偉介紹，試觀測期間，團(tuán)隊(duì)解決了雜散光干擾、探測器穩(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。（中國科學(xué)院國家天文臺(tái)提供）

高原堅(jiān)守：每個(gè)數(shù)據(jù)都來之不易

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。沒有路，建塔材料全靠直升機(jī)吊運(yùn)；沒有住所，科研人員棲身于集裝箱或簡易木屋；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光譜。

“那一刻，所有的疲憊都化為了喜悅。”馮志偉說，這一被團(tuán)隊(duì)稱為“初光”的時(shí)刻，標(biāo)志著中國在中紅外太陽觀測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新跨越。

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

展望未來：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，帶來的不僅是基礎(chǔ)研究的成果，更有廣闊的應(yīng)用前景。

通過對太陽磁場的精確觀測，為揭示太陽劇烈爆發(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。這將大幅提升對太陽劇烈爆發(fā)的預(yù)測能力，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，未來人類需要提前數(shù)天預(yù)測強(qiáng)烈的太陽活動(dòng)，為衛(wèi)星運(yùn)行、電網(wǎng)調(diào)度提供預(yù)警。對太陽磁場的深入理解是實(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、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員鄧元勇表示，AIMS望遠(yuǎn)鏡的建成填補(bǔ)了國際中紅外太陽磁場觀測的空白。

科學(xué)史上，每一次觀測技術(shù)的突破都帶來對宇宙認(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。在這架觀測太陽的望遠(yuǎn)鏡背后，人們看到的不僅是中國科學(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。

（原標(biāo)題為：全球首臺(tái)！揭秘精確測量太陽磁場的望遠(yuǎn)鏡）

來源：新華社

責(zé)任編輯：侯茜