導(dǎo)語(yǔ)：丹尼爾·井上太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡拍攝了它的首張?zhí)?yáng)特寫，以前所未有的清晰度將沸騰的太陽(yáng)大氣展現(xiàn)在我們面前。相關(guān)的科研工作將在年內(nèi)展開。

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圖解：丹尼爾·井上太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡在789納米的波段為太陽(yáng)的可視表面拍下了這張照片。它的實(shí)際顏色應(yīng)該是深紅色，不過這張照片經(jīng)過了調(diào)色處理，以突出每個(gè)像素上能捕捉到的光的強(qiáng)度區(qū)別。我們第一次能夠觀測(cè)到一些很小的太陽(yáng)形態(tài)特征，其中有的尺寸僅有30千米（18英里）。太陽(yáng)的可視表面布滿了對(duì)流室，每一個(gè)的大小都相當(dāng)于一個(gè)得克薩斯州。對(duì)流室中“沸騰的”等離子體不斷地將熱量傳遞至太陽(yáng)表面。這張照片所涵蓋區(qū)域的實(shí)際大小為51角秒，也就是36500千米（22600英里）。

圖源：NSO / NSF / AURA

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位于夏威夷海勒卡拉國(guó)家公園的丹尼爾·井上太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡迎來了它的第一張照片。位于上方的這張圖片由Visible Broadband Imager (抱歉這個(gè)專業(yè)名詞我實(shí)在不確定該如何翻譯) (VBI)拍攝而成，為我們細(xì)節(jié)性地展示了沸騰的太陽(yáng)大氣。

太陽(yáng)的對(duì)流室（也被稱作太陽(yáng)米粒）的大小與一個(gè)得克薩斯州相當(dāng)。我們可以把對(duì)流室類比成一壺?zé)_的水，等離子體在對(duì)流室的中央不斷上涌，在臨近表面的位置逐漸降溫，然后再沿著四壁下沉。在這個(gè)過程中，對(duì)流室得以將熱量（以及磁場(chǎng)）從太陽(yáng)的內(nèi)部傳遞到外部大氣層，即日冕層。

VBI的16兆像素鏡頭的清晰度很高，能辨識(shí)尺寸小至25千米（15英里） 的結(jié)構(gòu)。在它的幫助下，太陽(yáng)表面一個(gè)哪怕只有曼哈頓大小的區(qū)域也能被天文學(xué)家清楚地觀測(cè)到?！澳苡^測(cè)到這個(gè)系內(nèi)最大星體身上的最微小細(xì)節(jié)，我們真的很興奮?！?井上望遠(yuǎn)鏡的負(fù)責(zé)人Thomas Rimmele說道。 ? ? ? ?

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圖解：經(jīng)過放大處理后我們可以清晰看見，在各個(gè)對(duì)流室明亮的中心部位都有高溫等離子體正在上升。等到溫度降低，等離子體就會(huì)順著對(duì)流室的四壁下沉，這個(gè)過程對(duì)應(yīng)著圖中的黑色邊框。在這些邊框當(dāng)中，有一些細(xì)小而明亮的東西，那是磁場(chǎng)。在過去照片清晰度還沒有這么高的時(shí)候，這些明亮的小光條一直被當(dāng)作將能量傳輸?shù)教?yáng)外層大氣（即日冕層）的通道。這張照片所涵蓋區(qū)域的實(shí)際大小為11角秒，即8200千米。與第一張照片一樣，它也是一張經(jīng)過調(diào)色處理的789納米波段的黑白照片。

圖源：NSO / NSF / AURA

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“出現(xiàn)在屏幕上的那第一張照片完全超出了我的預(yù)期，” Rimmele說道，“周圍人都說，從沒見過我那么高興的樣子?！?/span>

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井上太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)時(shí)間線

這張拍攝于2019年12月的首照標(biāo)志著一場(chǎng)漫長(zhǎng)的馬拉松正式進(jìn)入沖刺階段。從2012年12月12日正式動(dòng)工開始，井上望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)工程已經(jīng)進(jìn)行了將近十年。還有幾個(gè)月的時(shí)間（很有可能就是今年7月），井上望遠(yuǎn)鏡將正式投入使用?，F(xiàn)在VBI已經(jīng)就位了，不過仍有一些設(shè)備還沒有準(zhǔn)備好。

不過，建設(shè)竣工不意味著工作的結(jié)束 — 在望遠(yuǎn)鏡預(yù)計(jì)的44年工作生涯中，觀測(cè)站將一直處于工作狀態(tài)。而新的設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)，代替被淘汰的技術(shù)，保證觀測(cè)站一直位于研究的最前沿。

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圖解：丹尼爾·井上太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡

圖源：National Solar Observatory / AURA / NSF

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在這幾十年里，井上望遠(yuǎn)鏡會(huì)見證4個(gè)太陽(yáng)周期，共計(jì)11年，期間太陽(yáng)的磁場(chǎng)活動(dòng)會(huì)經(jīng)歷反復(fù)增強(qiáng)與減弱。事實(shí)上，就在望遠(yuǎn)鏡剛剛開始運(yùn)行的時(shí)候，太陽(yáng)正在快速進(jìn)入第25個(gè)周期。

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揭開日冕層的面紗

迄今為止，地面望遠(yuǎn)鏡能觀測(cè)到的部分只是太陽(yáng)的冰山一角。通常情況下，太陽(yáng)耀斑會(huì)完全遮擋掉日冕層，導(dǎo)致它只有在日全食的時(shí)候才能被觀測(cè)到。日冕層這個(gè)名字也的確恰如其分：當(dāng)日全食發(fā)生時(shí)，我們能看到發(fā)出白光的超高溫等離子氣流向王冠一樣環(huán)繞著太陽(yáng)。

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圖解：日食期間拍攝的日冕層

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如今，在全新的井上望遠(yuǎn)鏡的幫助下，天文學(xué)家不僅能觀測(cè)到日冕層，還能直接測(cè)量那些不停地在等離子氣流中旋轉(zhuǎn)舞蹈的磁場(chǎng)線?！按艌?chǎng)是一切的關(guān)鍵?！?Rimmele說。對(duì)井上望遠(yuǎn)鏡及其工作人員來說，要想解開關(guān)于太陽(yáng)的重要謎團(tuán)，不僅需要能夠在9.3億英里之外清晰地觀察那些微小結(jié)構(gòu)（太陽(yáng)米粒），還需要測(cè)量它們的磁場(chǎng)強(qiáng)度以及表層附近的磁場(chǎng)方向，并一直跟進(jìn)，因?yàn)樗鼈儠?huì)不斷向外延展，進(jìn)入超高溫的日冕層。

井上望遠(yuǎn)鏡直徑為4米（13英寸）的鏡面使天文學(xué)家能夠收集足夠的日光，這樣照片就能獲取更多的細(xì)節(jié)，并且為NASA派克太陽(yáng)探測(cè)器（目前已經(jīng)踏上了它的第四輪旅程，并且十分接近太陽(yáng)）、歐洲航天局太陽(yáng)軌道飛行器測(cè)量的數(shù)據(jù)起到良好的補(bǔ)充作用。

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圖解：派克太陽(yáng)探測(cè)器

圖源：NASA

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關(guān)于散熱

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成功拍下這第一張高清照片不是件容易的事。望遠(yuǎn)鏡接收日光的同時(shí)也接收了大量熱量。任何嘗試過用放大鏡生火的人都能明白聚集日光能產(chǎn)生多大的能量，何況是一個(gè)直徑為4米的放大鏡！

散熱的工作需要一些精妙的工程技巧才能完成。主鏡本身已經(jīng)是降溫了的，目的是保護(hù)鏡面。在主鏡把日光聚集在一個(gè)點(diǎn)上后，光束會(huì)進(jìn)入一個(gè)控溫裝置，也就是一個(gè)由液體降溫的金屬圓環(huán)，在日光到達(dá)二級(jí)鏡面之前，它可以攔下95%的熱量。這個(gè)控溫裝置同時(shí)也起到調(diào)控視野的作用，使望遠(yuǎn)鏡的視野被限制在一個(gè)直徑為5角秒的圓內(nèi)。

這個(gè)控溫裝置目前還有一些問題工程師無法解決，所以參與了拍攝望遠(yuǎn)鏡首照的只是它的臨時(shí)版本，這個(gè)版本需要在望遠(yuǎn)鏡的定位系統(tǒng)上加一點(diǎn)限制才能運(yùn)行?！拔覀?cè)谘芯咳绾问顾鼣[脫這種限制也能運(yùn)行，” Rimmele說道，“這項(xiàng)工作在進(jìn)行之中，預(yù)計(jì)在工程結(jié)束的時(shí)候能被解決?！?/span>

通過了控溫裝置、經(jīng)由二級(jí)鏡面反射之后，被大量削弱了的太陽(yáng)光束會(huì)到抵達(dá)一面可變形鏡面，其直徑只有200毫米，背面裝由1600個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置用于操控它的形狀。這面鏡子是一個(gè)反饋系統(tǒng)的一部分，能夠抵消由日光穿過地球大氣所產(chǎn)生的“閃爍”效應(yīng)。

經(jīng)過修正后，這束日光會(huì)進(jìn)入重150噸的旋轉(zhuǎn)無菌Coudé實(shí)驗(yàn)室，分布其中的科研儀器會(huì)對(duì)日光進(jìn)行分析并提取數(shù)據(jù)。這些儀器每天大概能生成9萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)，使我們能夠更加細(xì)節(jié)化地了解太陽(yáng)。

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圖解：Coude實(shí)驗(yàn)室外觀

圖源：DKIST官網(wǎng)

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作者: ?MONICA YOUNG?

FY: Harlekin

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