10月17日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)舉辦“用于太陽(yáng)磁場(chǎng)精確測(cè)量的中紅外觀測(cè)系統(tǒng)”（AIMS）研制總結(jié)暨未來(lái)科學(xué)規(guī)劃研討會(huì)。
自2015年啟動(dòng)研制以來(lái)以來(lái)，AIMS課題負(fù)責(zé)人、國(guó)家天文臺(tái)研究員鄧元勇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)冷湖選址、核心技術(shù)自主研發(fā)、高原施工，攻克設(shè)備采購(gòu)受限、缺氧、低溫故障等重重困難。科研團(tuán)隊(duì)以“十年磨一劍”的執(zhí)著，建成全球首臺(tái)太陽(yáng)磁場(chǎng)精確測(cè)量中紅外觀測(cè)系統(tǒng)，填補(bǔ)了國(guó)際中紅外太陽(yáng)磁場(chǎng)觀測(cè)的空白。
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》從此次會(huì)議上獲知，AIMS望遠(yuǎn)鏡已從建設(shè)階段正式轉(zhuǎn)入科學(xué)產(chǎn)出階段。
AIMS望遠(yuǎn)鏡塔樓。國(guó)家天文臺(tái)供圖挺進(jìn)太陽(yáng)探索的“無(wú)人區(qū)”
“我們不做國(guó)際上已有、自己只能當(dāng)‘老二老三’的設(shè)備，追求的是原創(chuàng)突破。”投身太陽(yáng)物理前沿，鄧元勇有一種開(kāi)拓者的決心：“別人沒(méi)做過(guò)的，我去做，不怕失敗。因?yàn)椴皇〉臇|西，人家早就做成了。”
實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)磁場(chǎng)的精確測(cè)量，正是他心中那座最值得攀登的科學(xué)高峰。
太陽(yáng)磁場(chǎng)是驅(qū)動(dòng)耀斑、日冕物質(zhì)拋射等劇烈活動(dòng)的“能量總開(kāi)關(guān)”，其精確測(cè)量是理解太陽(yáng)乃至恒星物理的核心，也是預(yù)警空間天氣的關(guān)鍵。20世紀(jì)末，學(xué)界認(rèn)識(shí)到，僅靠提高分辨率“看得清”遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠——就像用高清相機(jī)拍照，只能看清太陽(yáng)磁場(chǎng)的“樣子”，卻無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量其“強(qiáng)弱”，尤其是那些微弱卻至關(guān)重要的磁場(chǎng)。
為此，鄧元勇團(tuán)隊(duì)自2005年起便前瞻性地探索紅外波段觀測(cè)。傳統(tǒng)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡多集中于可見(jiàn)光，團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)了8~14微米的中紅外“大氣窗口”。在此波段，大氣擾動(dòng)影響更小，成像更穩(wěn)定，有望實(shí)現(xiàn)前所未有的磁場(chǎng)測(cè)量精度。
直面地面中紅外觀測(cè)面臨探測(cè)器敏感、背景輻射強(qiáng)等巨大挑戰(zhàn)，2014年，團(tuán)隊(duì)正式提出AIMS望遠(yuǎn)鏡，并獲國(guó)家重大科研儀器項(xiàng)目（部門(mén)推薦）支持，于2015年啟動(dòng)研制。
“只為取得高水平的原創(chuàng)成果，搶占太陽(yáng)物理領(lǐng)域的科技制高點(diǎn)。”鄧元勇初心明確。
純“手搓”，原創(chuàng)儀器
AIMS望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)磁場(chǎng)直接測(cè)量方法的突破，通過(guò)12.3微米中紅外波段觀測(cè)，利用超窄帶傅立葉光譜儀直接測(cè)量塞曼裂距，將磁場(chǎng)測(cè)量精度提升至優(yōu)于10高斯量級(jí)。
鄧元勇介紹：“AIMS望遠(yuǎn)鏡核心部件全面國(guó)產(chǎn)化，望遠(yuǎn)鏡采用離軸光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，紅外光譜和成像終端（含探測(cè)器芯片）及真空制冷系統(tǒng)等全部部件均為國(guó)產(chǎn)，體現(xiàn)了我國(guó)天文儀器的自主創(chuàng)新能力。”
技術(shù)負(fù)責(zé)人、國(guó)家天文臺(tái)研究員王東光介紹，偏振測(cè)量是揭示太陽(yáng)矢量磁場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，團(tuán)隊(duì)在可見(jiàn)光波段已有四十余年的深厚積累。
然而，在AIMS望遠(yuǎn)鏡中，他們面對(duì)的是全新的挑戰(zhàn)，12.32微米中紅外波段的偏振測(cè)量技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚屬空白，國(guó)際上也鮮有報(bào)道。
團(tuán)隊(duì)不得不從零開(kāi)始，研發(fā)所需的光學(xué)元件。深入調(diào)研后，他們最終確定CdSe晶體作為理想的偏振光學(xué)元件，又逐步摸索出一套完整的加工工藝。“剛開(kāi)始用傳統(tǒng)工藝拋光時(shí)，表面劃痕累累。”王東光說(shuō)，“通過(guò)不斷改進(jìn)，我們才最終得到了理想的偏振片。”
“又回到了那個(gè)親手造儀器的年代。”團(tuán)隊(duì)與當(dāng)年前輩們從采集原材料、手工打磨元件起步的創(chuàng)業(yè)期有了類(lèi)似的經(jīng)歷。這樣跨越時(shí)空的境遇仿佛一種無(wú)聲的傳承，敢為人先、自力更生的科學(xué)精神延續(xù)下來(lái)。
與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)用于中紅外波段的橢偏儀檢測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了國(guó)際最大口徑的CdSe波片，為我國(guó)未來(lái)中紅外偏振測(cè)量技術(shù)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，AIMS望遠(yuǎn)鏡還配置了8~10微米的終端成像系統(tǒng)，是我國(guó)首個(gè)在該波段觀測(cè)的天文設(shè)備。
落戶(hù)冷湖，艱辛超乎想象
身處冷湖賽什騰山頂，常年與星空為伴的王東光仰望銀河橫亙天際，星光如海，內(nèi)心深受震撼：“我從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)如此壯麗的星空，那一刻，所有跋涉都變得值得。”
為尋找適合中紅外波段觀測(cè)的理想臺(tái)址，國(guó)家天文臺(tái)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)多年踏勘青藏高原。2018年，冷湖進(jìn)入視野——這里空氣極度干燥，冬季水汽中位值低至2.1毫米，清晨大氣穩(wěn)定，是紅外波段觀測(cè)太陽(yáng)的絕佳之地。2019年7月，團(tuán)隊(duì)決定將AIMS望遠(yuǎn)鏡落戶(hù)冷湖賽什騰山。
就算知道通往理想之地往往格外艱難，鄧元勇也曾這樣問(wèn)自己：“天文學(xué)家還怕苦嗎？”
但冷湖的艱辛，遠(yuǎn)超想象。當(dāng)時(shí)山上尚無(wú)道路，連車(chē)都上不去，全靠科研人員徒步攀爬。2020年基建開(kāi)工、2022年底主體建成、2023年初進(jìn)入試觀測(cè)，作為冷湖天文基地首個(gè)簽約落地的國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟了“從零建站”的艱難歷程。
團(tuán)隊(duì)成員、國(guó)家天文臺(tái)副研究員包星明回憶，他們?cè)?jīng)歷過(guò)零下幾十度的嚴(yán)寒、每秒近30米的狂風(fēng)曾把活動(dòng)板房吹轉(zhuǎn)90度，廁所被凍成冰坨；一噸水運(yùn)上山要160元，用水成了奢侈；高原缺氧、山路險(xiǎn)峻，車(chē)輛常因塌方受阻，科研人員徒步六公里、攀爬近900米高差是家常便飯。
科研團(tuán)隊(duì)選址時(shí)留影。國(guó)家天文臺(tái)供圖
撐過(guò)“至暗時(shí)刻”
2022年6月，AIMS望遠(yuǎn)鏡主體運(yùn)抵冷湖，進(jìn)入關(guān)鍵調(diào)試階段。但設(shè)備在低海拔測(cè)試時(shí)性能良好，可一上高原，光學(xué)質(zhì)量卻大幅下降，遠(yuǎn)未達(dá)標(biāo)。
團(tuán)隊(duì)成員、90后科學(xué)家沈宇樑回憶：“整整兩個(gè)月，我們反復(fù)排查裝調(diào)、應(yīng)力、環(huán)境因素，甚至拆解全部組件，毫無(wú)頭緒。”每天清晨上山，深夜返回，進(jìn)度停滯的壓力讓他們進(jìn)入令人焦慮的“至暗時(shí)刻”。
沉浸于探索之中，他們也自得其樂(lè)。在零下15℃的環(huán)境中進(jìn)行光學(xué)干涉測(cè)量，團(tuán)隊(duì)不得不開(kāi)著風(fēng)扇攪動(dòng)空氣，旨在為消除局部熱對(duì)流，保證氣流穩(wěn)定。沈宇樑笑言：“鼻涕流出來(lái)直接凍住。”一張三人鼻涕結(jié)冰仍專(zhuān)注測(cè)量的照片，后來(lái)被他發(fā)給女友，換來(lái)一句“哈哈哈”。
真正的突破來(lái)自堅(jiān)持。2022年9月底，問(wèn)題終于鎖定：低溫導(dǎo)致粘接鏡片的膠體收縮，引發(fā)鏡面微小變形。團(tuán)隊(duì)迅速將設(shè)備運(yùn)回西安，在低溫環(huán)境下更換耐寒膠體，重新裝調(diào)。2023年4月，改進(jìn)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試，具備再次上山條件。
此后，在望遠(yuǎn)鏡與傅立葉光譜儀對(duì)接這場(chǎng)“看不見(jiàn)的戰(zhàn)斗”中，他們又迎來(lái)“最緊張的時(shí)刻”——光束不可見(jiàn)，對(duì)準(zhǔn)全靠間接測(cè)量與反復(fù)校準(zhǔn)。
2023年7月15日，首次成功接收到太陽(yáng)光譜圖像，所有人緊繃的心弦終于松弛，開(kāi)心地笑出了聲。王東光拍下一張“初光”照片，成為項(xiàng)目最重要的里程碑。“那天我興奮得一晚沒(méi)睡。”她說(shuō)。
此次研討會(huì)上，王東光回顧這張照片時(shí)，不禁哽咽落淚：“經(jīng)過(guò)AIMS望遠(yuǎn)鏡的歷練，我們具有迎接任何挑戰(zhàn)的勇氣！它磨煉了我們的心力，那是攻堅(jiān)克難的信心、解決問(wèn)題的耐心、面對(duì)壓力的恒心、不怕吃苦的決心。”
2023年7月，AIMS系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備光譜儀裝調(diào)完成，現(xiàn)場(chǎng)的工程師們看到第一幅光譜圖時(shí)，難掩內(nèi)心的喜悅。國(guó)家天文臺(tái)供圖
據(jù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)介紹，在為期2年的調(diào)試及試觀測(cè)期間，AIMS望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)積累了一大批有價(jià)值的科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)，有望在太陽(yáng)三維大氣動(dòng)力學(xué)、耀斑物理等前沿研究方面取得重要進(jìn)展，部分?jǐn)?shù)據(jù)分析和科學(xué)研究成果正在整理中。
本文鏈接：十年一劍，中紅外太陽(yáng)磁場(chǎng)觀測(cè)“利器”啟用http://www.sq15.cn/show-11-27279-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營(yíng)利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會(huì)到餡餅，請(qǐng)大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。
下一篇： “中國(guó)的成績(jī)令我欽佩”，全球800余位專(zhuān)家學(xué)者齊聚這場(chǎng)大會(huì)