在青海冷湖的賽什騰山上,海拔4000米的高原上,一座與眾不同的望遠鏡正默默注視著太陽。與傳統天文望遠鏡不同,它選擇在白晝時分“直視”太陽,捕捉一種人類肉眼無法察覺的光線——中紅外光。這架名為“用于太陽磁場精確測量的中紅外觀測系統”(簡稱AIMS)的望遠鏡,近日通過國家重大科研儀器研制項目的結題驗收,成為全球首臺專門用于中紅外波段太陽磁場觀測的設備。
太陽磁場與人類生活息息相關。強烈的太陽磁場活動會引發太陽耀斑,進而影響地球的通信導航和電網安全。然而,過去百余年間,科學家們只能通過可見光波段間接推算太陽磁場,這一過程不僅復雜,還容易產生誤差。AIMS望遠鏡的出現,改變了這一局面。中國科學院國家天文臺研究員王東光解釋,AIMS通過12.3微米中紅外波段的觀測,利用超窄帶傅立葉光譜儀直接測量塞曼裂距,將磁場測量精度提升至優于10高斯量級,解決了長期困擾太陽磁場測量的技術難題。
這架望遠鏡的每一部分,包括紅外光譜儀、成像終端和真空制冷系統,均為國產,彰顯了我國在天文儀器自主研發方面的實力。中國科學院國家天文臺高級工程師馮志偉表示,這不僅是一次科研項目的成功,更是我國重大科研儀器研制能力的集中體現。在試觀測期間,團隊克服了雜散光干擾和探測器穩定性等挑戰,為未來在高海拔地區建設大型天文設備提供了寶貴經驗。
建設這樣一臺精密的光學設備,在海拔4000米的高原上,考驗的不僅是科學智慧,更是工程毅力。2018年冬天,首批科研人員踏上賽什騰山時,這里還是一片荒原。沒有現成的道路,所有建塔材料只能依靠直升機吊運;沒有固定的住所,科研人員只能棲身于集裝箱或簡易木屋;飲用水和食物需要人力背運上山。一位團隊成員回憶,調試期間,他們常常連續數日無法下山,在零下20多攝氏度的嚴寒中堅守崗位。
2022年6月,望遠鏡光學系統運抵冷湖后,原本在西安測試良好的設備光學質量突然下降。團隊成員、“90后”科研人員沈宇樑回憶,整整兩個月,他們反復排查裝調、應力和環境因素,甚至拆解全部組件,卻毫無頭緒。每天清晨上山、深夜返回,進度停滯的壓力讓他們倍感焦慮。在零下15攝氏度的環境中進行光學干涉測量時,團隊不得不開著風扇攪動空氣,以消除局部熱對流,保證氣流穩定。沈宇樑笑言,鼻涕流出來直接凍住。一張三人鼻涕結冰仍專注測量的照片,后來被他發給女友,換來一句“哈哈哈”。
真正的突破來自堅持。2022年9月底,問題終于被鎖定——低溫導致黏接鏡片的膠體收縮,引發鏡面微小變形。設備不得不運回西安改進,這一往返耗時大半年。更大的挑戰還在后面。傅立葉光譜儀的電信號放大倍率極高,即使采取了電磁屏蔽措施,望遠鏡仍對其產生了干擾信號。團隊歷經20余個日夜,通過多層濾波、隔離和嚴格接地,終于在2023年7月15日首次成功接收到太陽光譜。馮志偉說,那一刻,所有的疲憊都化為了喜悅,這一被團隊稱為“初光”的時刻,標志著中國在中紅外太陽觀測領域實現了新跨越。
隨著AIMS望遠鏡正式轉入科學產出階段,其帶來的不僅是基礎研究的成果,更有廣闊的應用前景。通過對太陽磁場的精確觀測,科學家們能夠更深入地理解太陽劇烈爆發中物質與能量的轉移機制,研究磁能的積累與釋放。這將大幅提升對太陽劇烈爆發的預測能力,為空間天氣預報提供更精準的科學依據。中國科學院國家天文臺研究員鄧元勇表示,AIMS望遠鏡的建成填補了國際中紅外太陽磁場觀測的空白,為人類提前數天預測強烈的太陽活動,為衛星運行和電網調度提供預警奠定了物理基礎。
在這架觀測太陽的望遠鏡背后,人們看到的不僅是中國科學事業的進步,更是一代代科研工作者仰望星空、腳踏實地的不懈奮斗。











