科学与健康｜全球首台！揭秘精确测量太阳磁场的望远镜

  在青海冷湖海拔4000米的赛什腾山上，一架特殊的望远镜正静静观测着太阳。它不像传统天文望远镜在夜间工作，而是在白天“直视”太阳，捕捉着一种肉眼看不见的光——中红外光。

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  近日，国家重大科研仪器研制项目“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（简称AIMS望远镜）通过结题验收，这架全球首台中红外波段太阳磁场专用观测设备实现了哪些突破？未来有何科学潜力与研究前景？

  突破瓶颈：直接测量太阳磁场

  太阳磁场与生活息息相关，强烈的太阳磁场活动会引发太阳耀斑，影响地球的通信导航、电网安全。百年来，科学家们只能通过可见光波段“间接推算”太阳磁场。

  AIMS技术负责人、中国科学院国家天文台研究员王东光比喻：“以前太阳磁场测量在可见光波段，需要分几步才能得到，这个过程会带来很大误差；AIMS在中红外波段观测，可以通过傅立叶光谱仪的太阳光谱直接获得。”

  王东光介绍，通过12.3微米中红外波段观测，利用超窄带傅立叶光谱仪直接测量塞曼裂距，将磁场测量精度提升至优于10高斯量级，解决了太阳磁场测量百年历史中的瓶颈问题。此外，AIMS望远镜的红外光谱仪、成像终端及真空制冷系统等全部部件均为国产，体现了我国天文仪器的自主创新能力。

  “这不仅是科研项目的成功，更是我国重大科研仪器研制能力的集中展示。”中国科学院国家天文台高级工程师冯志伟介绍，试观测期间，团队解决了杂散光干扰、探测器稳定性等难题，为后续大型天文设备在高海拔地区的建设提供了重要参考。

  图为望远镜塔楼。（中国科学院国家天文台提供）

  高原坚守：每个数据都来之不易

  在海拔4000米的高原建设如此精密的光学设备，考验的不仅是科学智慧，更是工程毅力。

  2018年的冬天，当第一批科研人员踏上赛什腾山时，这里还是一片荒原。没有路，建塔材料全靠直升机吊运；没有住所，科研人员栖身于集装箱或简易木屋；饮用水和食物需要人力背运上山。

  “调试期间，我们常常连续四五天无法下山。”一位团队成员回忆道，在零下20多摄氏度的严寒中，是同伴们的坚守让荒山焕发生机。

  2022年6月，当望远镜光学系统运抵冷湖后，原本在西安测试良好的设备光学质量突然下降。团队花了两个多月时间反复排查，最终发现是低温导致胶体收缩使镜面变形。设备不得不运回西安改进，这一往返就是大半年。

  更大的挑战还在后面。傅立叶光谱仪的电信号放大倍率极高，即使在设计和实施中都采取了电磁屏蔽措施，望远镜仍对其产生了干扰信号。团队历经20余个日夜，通过多层滤波、隔离和严格接地，终于在2023年7月15日首次成功接收到太阳光谱。

  “那一刻，所有的疲惫都化为了喜悦。”冯志伟说，这一被团队称为“初光”的时刻，标志着中国在中红外太阳观测领域实现了新跨越。

  图为望远镜装调时期。（中国科学院国家天文台提供）

  展望未来：让空间天气预报更精准

  随着AIMS望远镜正式转入科学产出阶段，带来的不仅是基础研究的成果，更有广阔的应用前景。

  通过对太阳磁场的精确观测，为揭示太阳剧烈爆发中物质与能量转移机制、研究磁能积累与释放提供了新的数据支持。这将大幅提升对太阳剧烈爆发的预测能力，为空间天气预报提供更精准的科学依据。

  “就像气象预报一样，未来人类需要提前数天预测强烈的太阳活动，为卫星运行、电网调度提供预警。对太阳磁场的深入理解是实现精准预报的物理基础。”AIMS课题负责人、中国科学院国家天文台研究员邓元勇表示，AIMS望远镜的建成填补了国际中红外太阳磁场观测的空白。

  科学史上，每一次观测技术的突破都带来对宇宙认知的更新。AIMS望远镜的建成和使用，正是科学装置从探索宇宙奥秘到服务社会的一个缩影。在这架观测太阳的望远镜背后，人们看到的不仅是中国科学事业的进步，更是一代代科研工作者仰望星空、脚踏实地的不懈奋斗。（记者胡喆、陈杰）