我们真的认识太阳吗？从古代神话中的夸父逐日到羲和驾车，人类对太阳的浪漫想象从未停止。然而，随着科技的进步，我们对太阳的了解已不再停留在纸面上。科学家们发现，除了光与热，太阳也有自己的“脾气”。

太阳风暴是一种剧烈的磁场扰动现象，与太阳黑子和耀斑的活跃紧密相关。日冕物质抛射则如同太阳的“火山爆发”，大量等离子体在短时间内被抛射到太空中，携带着高能电子、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。这不仅会引发极光，还可能对卫星系统和电力系统造成严重影响。

上海天文馆的EAST望远镜

位于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。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、自适应光学系统、高分辨率太阳成像系统、积分视场单元（IFU）光谱仪、数据采集和存储系统以及公众展示系统。

EAST的创新设计使得观测者可以“在望远镜内部观测太阳”，突破了传统太阳望远镜通常只记录太阳图像的限制。其65厘米的主镜口径允许光线从望远镜后端进入展示空间，不受太阳视路径的影响。

自适应光学系统的突破

由于上海的地理环境，天文馆面临着强湍流大气的挑战。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，从而实现最佳成像性能。

“通过自适应光学技术，EAST能够抵消大气扰动，实现更清晰的太阳图像。”

AO系统的光学设计包括哈特曼波前传感器和高速实时控制器，能够在太阳光线进入望远镜后进行波前校正，提高图像的清晰度与分辨率。

热控系统的挑战与解决

设计太阳望远镜时，热控制是一个极大的挑战。EAST采用了主动热控制系统，在主镜焦点处使用液体制冷剂，并利用热场隔板反射96%的太阳辐射。水冷式热交换器设备则用于冷却隔板，使筒内温度与周围环境温度的差异维持在±1°C以内。

IFU偏振光谱成像系统

为了深入了解太阳活动的机理，EAST配备了精密的IFU偏振光谱成像系统。该系统由五部分组成，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的信息。

“IFU系统为公众揭示了太阳活动背后的机理。”

公众科普与教育的使命

为了完成公众科普的重要使命，上海天文馆在太阳塔一楼设置了太阳直播秀平台。该平台通过多个显示屏展示不同波段的高分辨率太阳图像，使参观者能够直观地观测到太阳活动。

通过EAST，公众不仅可以看到太阳黑子的形成与消亡，还能观察到日珥和耀斑的爆发等壮丽景象。EAST的设计使得无论天气如何，参观者都能在这里开启一段探索太阳奥秘的旅程。

上海天文馆的EAST望远镜，不仅在科学研究中发挥着重要作用，也在公众教育和参与中扮演着关键角色。它让我们对这颗每天照耀着我们的恒星有了更深入的理解。

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.