上海天文馆EAST望远镜：揭开太阳奥秘的前沿科技

我们真的了解太阳吗？从古代神话中的夸父逐日到羲和驾车，太阳一直是人类浪漫想象的源泉。然而，随着科技的进步，我们对太阳的理解已不再停留于纸上。除了光与热，太阳还有自己的“脾气”。

在某些时刻，太阳会产生风暴，这是一种太阳大气中剧烈的磁场扰动现象，与太阳黑子和耀斑的活动密切相关。日冕物质抛射就像太阳的“火山爆发”，大量等离子体被抛射到太空中，携带高能电子、质子和重离子。当这些粒子抵达地球时，会对地球磁场产生强烈冲击，导致地磁暴的产生。这不仅能点燃绚丽的极光，还可能对卫星系统和电力系统造成严重影响。

太阳观测的挑战与创新

如何更深入地观察太阳一直是科学界的挑战。观测太阳需要严格控制温度，传统太阳望远镜通常使用窄带滤光片和格里高利望远镜的几何特点来管理光和热量。

上海天文馆的科教型自适应光学太阳望远镜EAST（Educational Adaptive-optics Solar Telescope）是当前国际上技术最为先进的太阳科普观测望远镜之一。它由七个主要部分组成，包括引导光学系统、全盘太阳成像系统和自适应光学系统等。这些系统的协调配合实现了“在望远镜内部观测太阳”的创新理念，突破了传统太阳望远镜的限制。

图 1 EAST总体结构

自适应光学系统的突破

由于地理环境因素，上海天文馆面临着强湍流大气的挑战。为了应对这一问题，EAST采用自适应光学系统（AO）实时补偿大气湍流引起的动态波前误差。这一技术通过调节变形镜的表面形状来提高图像的清晰度与分辨率。

图 2 EAST的AO系统示意图

通过自适应光学系统，EAST能够在大气扰动的情况下实现最佳成像性能。图3展示了AO校正前后图像质量的显著区别。

图 3 AO校正前后图像对比

热控与光谱成像的革新

太阳望远镜的热控是一个极大的挑战。EAST采用了主动热控制系统，通过液体制冷剂和热场隔板反射太阳辐射，确保筒内温度与环境温度的差异维持在±1°C以内。

图 4 温度变化监测

为了深入了解太阳活动的机理，EAST配备了IFU偏振光谱成像系统。这一系统能够记录全Stokes光谱并进行光谱成像偏振测量，为科学家提供太阳大气的物质流动和结构演变信息。

图 5 IFU光谱成像系统的示意图

公众参与与教育使命

为了完成公众科普的重要使命，EAST在太阳塔一楼设置了太阳直播秀平台。阳光通过光学组件分入四条不同的通道进行处理，墙壁上的显示屏展示了不同波段的高分辨率太阳图像，让参观者直观地观察到太阳活动。

图 6 太阳直播秀

上海天文馆的EAST望远镜不仅让我们更深入地探索太阳的奥秘，还在科学教育和公众参与中发挥了重要作用。通过EAST的展示，太阳黑子的形成与消亡、日珥和耀斑的爆发等神秘而壮丽的景象清晰地呈现在我们眼前。

参考文献: Du, Zhimao, et al. “The Educational Adaptive-optics Solar Telescope at the Shanghai Astronomy Museum.” Astronomical Techniques and Instruments 1.3 (2024): 171-178. Liu, Zhong, et al. “New vacuum solar telescope and observations with high resolution.” Research in Astronomy and Astrophysics 14.6 (2014): 705.