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太陽(yáng)是最接近人類(lèi)的一顆恒星，是人類(lèi)認識億萬(wàn)恒星、星系乃至宇宙的一個(gè)起始點(diǎn)。
圖1. 太陽(yáng)在銀河系的位置（圖源：ESA）
太陽(yáng)會(huì )產(chǎn)生劇烈的爆發(fā)現象，稱(chēng)為日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)耀斑，向行星際空間拋出數十億噸等離子體物質(zhì)，發(fā)射高能粒子和高能輻射，從而對地球和空間環(huán)境造成干擾。
圖2. 太陽(yáng)耀斑（圖源：SDO衛星）
圖3. 日冕物質(zhì)拋射（圖源：SOHO衛星）
太陽(yáng)活動(dòng)涉及磁重聯(lián)、粒子加速和等離子體拋射等基本物理過(guò)程，這些過(guò)程在恒星耀發(fā)、伽瑪射線(xiàn)暴和吸積盤(pán)噴流等天體活動(dòng)現象中都存在。因此，研究太陽(yáng)活動(dòng)有兩個(gè)重要意義，一是準確預報地球附近的空間天氣，二是準確理解天體中的基本物理過(guò)程。
圖4. 全日面太陽(yáng)像（圖源：SDO衛星）
太陽(yáng)的特殊地位還在于，它是唯一一顆可以進(jìn)行高空間分辨率和高偏振精度測量的恒星。因此，研制大型的太陽(yáng)望遠鏡是推進(jìn)太陽(yáng)物理研究和天文學(xué)研究的必要途徑。
經(jīng)過(guò)多年的調研和論證，“2.5米大視場(chǎng)高分辨率太陽(yáng)望遠鏡”（Wide-field andHigh-resolution Solar Telescope, 簡(jiǎn)稱(chēng)WeHoT）項目于2019年10月12日正式啟動(dòng)建設。該項目的構想是方成院士于2013年提出的。項目由南京大學(xué)牽頭，中科院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所、云南天文臺、紫金山天文臺參與合作，計劃于2025年前后研制完成。屆時(shí)，WeHoT將是世界上最大的軸對稱(chēng)太陽(yáng)望遠鏡（美國4米DKIST望遠鏡是偏軸設計）。
圖5. WeHoT設計簡(jiǎn)圖（圖源：中科院南京天光所）
圖6. WeHoT啟動(dòng)會(huì )現場(chǎng)（圖源：WeHoT項目組）
太陽(yáng)活動(dòng)的根源是磁場(chǎng)。太陽(yáng)磁場(chǎng)產(chǎn)生于太陽(yáng)內部的發(fā)電機過(guò)程。內部產(chǎn)生的磁場(chǎng)浮現至表面。太陽(yáng)大氣復雜的運動(dòng)加劇了磁場(chǎng)的復雜性，從而積累起巨大的自由能，醞釀一次又一次太陽(yáng)爆發(fā)。
圖7. 太陽(yáng)光球磁場(chǎng)（圖源：SDO衛星）
圖8. 太陽(yáng)爆發(fā)的三維磁流體力學(xué)模擬（圖源：ApJ、NatCo）
WeHoT的一個(gè)基本任務(wù)就是通過(guò)多波段、多層次、高分辨率的磁場(chǎng)和光譜觀(guān)測，研究活動(dòng)區的起源和演化、太陽(yáng)爆發(fā)的儲能和觸發(fā)機制、能量釋放和輸運機制、加熱和動(dòng)力學(xué)演化等問(wèn)題。
圖9. WeHoT主鏡鏡坯（圖源：WeHoT項目組）
太陽(yáng)爆發(fā)涉及到各種不同尺度的過(guò)程，觀(guān)測時(shí)既需要高分辨率，也需要比較大的視場(chǎng)。目前世界上正在運行的大型太陽(yáng)望遠鏡雖然可以提供高分辨率的觀(guān)測，但其視場(chǎng)大小一般只有2―3角分。特別是在采用自適應光學(xué)后，有效視場(chǎng)僅1角分或更小，完全不足以覆蓋整個(gè)活動(dòng)區或一次較大規模的爆發(fā)現象（5角分以上）。這就嚴重限制了我們對太陽(yáng)爆發(fā)的全面了解。
圖10. 7角分的視場(chǎng)（黃色圓）可覆蓋常見(jiàn)的太陽(yáng)活動(dòng)區（圖源：BBSO/GST望遠鏡）
圖11. 大視場(chǎng)、高分辨率的觀(guān)測才能揭示大耀斑的完整演化過(guò)程（圖源：SDO衛星和BBSO/GST望遠鏡）
如何兼顧高分辨率和大視場(chǎng)是現代天文望遠鏡研制的關(guān)鍵技術(shù)。WeHoT采用了蘇定強院士等人提出的SYZ折軸光路設計，采用具有超大視場(chǎng)的地表層自適應光學(xué)（GLAO）校正模式，預期在視寧度較好的情況下能達到7角分的有效視場(chǎng)。兼顧大視場(chǎng)和高分辨率正是WeHoT區別于其它大型太陽(yáng)望遠鏡最重要的特色，對太陽(yáng)活動(dòng)的研究意義重大。
圖12. 正在運行和計劃中的大型太陽(yáng)望遠鏡的視場(chǎng)和分辨率對比（圖源：WeHoT項目組）
WeHoT的另一個(gè)特色是它還兼顧了夜天文的觀(guān)測。由于其創(chuàng )新的設計，只要簡(jiǎn)單切換光路系統，它在夜間依然可以正常工作。WeHoT能快速調整指向，因此能對時(shí)域天文學(xué)研究做出重要貢獻，觀(guān)測目標包括超新星和光學(xué)瞬變星、伽瑪射線(xiàn)暴、黑洞潮汐瓦解事件、引力波光學(xué)對應體、雙超大質(zhì)量黑洞以及系外行星等。
圖13. 超新星爆發(fā)（圖源：ESO）
圖14. 引力潮汐撕裂事件（圖源：Sophia Dagnello / NRAO）
WeHoT具有先進(jìn)的設計理念和技術(shù)指標，它將提供前所未有的太陽(yáng)活動(dòng)的全面和精細的圖像，無(wú)疑將成為洞察太陽(yáng)的火眼金睛，是揭示太陽(yáng)活動(dòng)區和太陽(yáng)活動(dòng)起源的利器。同時(shí)，WeHoT也將為我國天文學(xué)人才培養做出重要貢獻。
作者 · 簡(jiǎn)介
南京大學(xué)WeHoT項目組，主要成員包括方成院士、丁明德教授、陳鵬飛教授、李臻高級工程師、郝奇副教授、吳偉副研究員、朱沁虞助理研究員。
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