[智能应用]从一台望远镜“看”源头创新[4P] [复制链接]

　　图①：图为AIMS望远镜所在的塔楼。
　　图②：现场的工程师们看到第一幅光谱图时，难掩内心的喜悦。
　　图③：团队正在检测引导光学系统成像质量。
　　图④：团队正在检测主镜安装复位精度。
　　以上图片均为中国科学院国家天文台提供" html="true" trigger="hover focus" placement="bottom" data-toggle="tooltip">
　　图①：图为AIMS望远镜所在的塔楼。
　　图②：现场的工程师们看到第一幅光谱图时，难掩内心的喜悦。
　　图③：团队正在检测引导光学系统成像质量。
　　图④：团队正在检测主镜安装复位精度。
　　以上图片均为中国科学院国家天文台提供
　　太阳，这颗距离地球最近的恒星，有诸多未解之谜待揭开。近日，全球首台中红外波段太阳磁场专用观测设备（AIMS望远镜）正式启用，人类观测太阳又多了一双“慧眼”。
　　“十五五”规划建议提出，“加强基础研究战略性、前瞻性、体系化布局，提高基础研究投入比重，加大长期稳定支持。”支撑高水平科技自立自强的源头创新，离不开基础研究的突破。AIMS望远镜的建成启用，填补了国际上中红外波段太阳磁场观测的空白，也为后续大型天文设备在高海拔地区的建设提供了重要参考。
　　“从0到1”的探索，打开太阳观测新窗口
　　太阳大气是由磁场主导的巨大等离子体环境，提高太阳磁场观测精度，对太阳物理基础研究、空间天气预报等都有十分重要的意义。中国科学院国家天文台研究员、AIMS项目负责人邓元勇介绍，“可以说，磁场是太阳物理的第一观测量。”
　　过去，对太阳磁场的观测以分辨率为第一追求，对测量精度重视不够，国际上的大口径太阳望远镜测量精度普遍在100高斯量级。随着科学研究不断深入，学界逐渐认识到，太阳上的弱磁场研究同样重要，只重视分辨率远远不够，不光要“看得更清”，还要“量得更准”。
　　“就像拍照片和拍X光片时看到的人体不同，在不同波段观测到的太阳磁场反映的物理过程也不一样。”中国科学院国家天文台研究员、AIMS项目技术负责人王东光说，“AIMS望远镜就是要补上太阳磁场观测在中红外波段缺失的一环。”
　　“我们以精确的磁场测量为突破口，抢占中红外波段太阳磁场观测先机，确保我国在太阳物理前沿观测阵地上的领先地位。”锚定目标抓紧干，邓元勇带领团队进行攻关。
　　将磁场测量精度提升至优于10高斯量级；研制出国际上首台既有超高光谱分辨率，又具有成像功能的中红外傅里叶光谱仪，光谱分辨率指标提升至国内原有水平的156倍……自2015年启动研制以来，AIMS望远镜实现了多项关键技术突破。
　　每一项技术突破的过程，都犹如啃下一块硬骨头。以偏振测量技术为例，团队在可见光波段偏振测量领域已有40余年的技术积累，但是转向中红外波段偏振测量方向，却得从头起步。
　　当时，国际上没有可用的中红外偏振测量装置，甚至连可用红外波片等关键元器件都没有，同样也没有成熟的偏振检测设备和方法。王东光回忆说，“选材料、探索加工工艺、研制检测仪器，都是从零开始。经过不断调研，我们找到了适合红外偏振测量的硒化镉双折射晶体材料，摸索出波片的抛光工艺，研发出了国际上最大口径的硒化镉中红外波片。”
　　“做基础研究，最重要的是敢于创新、敢为人先。”邓元勇心里始终憋着一股劲，“我们要以站在国际最前列为目标，如果花了10年做一个设备，结果做出来是‘第二’‘第三’，这样的事情没有意义。”
　　协同创新，汇聚合力攻坚克难
　　AIMS望远镜的研制，是一次多学科联合攻关、有组织科研的成功实践。国家天文台总体协调，研制偏振测量系统、8—10微米成像终端系统、探索科学数据分析处理方法、开展工程基建；上海技术物理研究所研制傅里叶光谱仪；西安光学精密机械研究所负责望远镜引导光学系统；云南天文台、昆明物理研究所、南京天文仪器有限公司等多单位合作参与。任务分工协作，项目有序进行。
　　“一台大型设备的研制，涉及多学科多领域，往往由多个科研院所联合开展，需要准确理解彼此的设计要求，才能保证设备各个部分顺利对接。”王东光说，“我们从最开始就注重顶层设计，将指标、功能进行了深度细分，明确相关技术接口，因此整个项目过程比较顺利，没有出现设计上的返工问题。”
　　在各方协同努力下，AIMS望远镜的红外终端科学仪器光谱仪和8—10微米成像光路（含探测器芯片）及真空制冷系统等核心部件全部国产化，实现了相关技术的自主可控，体现了我国天文仪器的自主创新能力。
　　太阳观测设施对选址要求极高：日照时间长是必要条件；红外设备要求气候干燥，避免水汽对观测造成影响；空气越稀薄，探测效果越好……“我们先后调研了5个点位，最终确定了青海冷湖赛什腾山。”邓元勇说。
　　当地的支持是推进科研项目建设的关键一环。“设施得考虑运行维护，相应的基础设施就不能少。”回忆起选址过程，邓元勇对地方的执行力感触很深，“我们的设施建在山上，人能爬上去，但设备上不去，当地政府就用直升机协助运输。在确定选址后两年左右，基础设施条件就已经完全跟上了。”
　　青春绽放在高原，传承弘扬科学家精神
　　“年轻人是建设现场的主力，真正动手去安装、调试，大多是这些年轻人。”谈到团队里的青年科研人员，王东光颇有几分自豪。
　　在高海拔地区建造设备，需要克服高原高寒、缺氧、物资稀缺等困难。“长达几个月的时间里，我们早晨6点不到就从距离台址80公里的住处出发，赶在道路施工前到达山顶，等施工结束后再回来，到镇里已经是晚上10点。通电之前，在山上吃泡面是常态，能用煤炉煮锅热面条，已经是高级待遇。”王东光说，“即便这样，团队里的年轻人自始至终都没有退缩，也从不抱怨条件艰苦，而是想方设法推进进度。”
　　AIMS项目团队成员、博士后沈宇樑承担了大量一线工作。作为团队里的90后，他全程参与了望远镜的装调检测工作，并为项目建设贡献了不少聪明才智。有一次，沈宇樑和同事们在山下已经将望远镜的各个部件安装调试过一轮，但到了山顶，望远镜再次集成后，成像质量却明显下降。
　　“于是，我们先搭建检测光路，重新校验了检测仪器，然后逐个排查影响因素，最终确认是低温导致光学镜面面形发生变化。”沈宇樑说。
　　找到问题后，前后方联动，研制单位快速设计技术路线，模拟低温检测环境，一点点摸索改进工艺，历时两个多月最终解决了低温影响成像质量的问题。
　　调试及科学试观测期间，AIMS望远镜已成功获取多个中红外波段的太阳耀斑数据，为揭示太阳剧烈爆发中物质与能量转移机制、研究磁能积累与释放提供了新数据支持。“下一步，我们将把AIMS望远镜维护和运行好，围绕其开展前沿科学研究。”邓元勇说。
　　加快高水平科技自立自强，离不开“从0到1”的探索勇气，也离不开久久为功的坚持。从遥远的太阳到脚下的高原，一台望远镜的建设见证中国基础研究的自立自强，也望见通向科技强国的未来之路。

AIMS望远镜：开启太阳磁场观测新纪元的中国“慧眼”

一、AIMS望远镜：全球首台中红外太阳磁场专用观测设备
AIMS望远镜（用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统）是全球首台专门用于中红外波段太阳磁场观测的科研设备，于2025年10月17日正式通过国家验收并转入科学产出阶段。该望远镜坐落于青海冷湖赛什腾山D观测平台，海拔4000米，填补了国际中红外太阳磁场观测的空白，标志着中国在太阳物理基础研究和天文仪器研制领域迈出了里程碑式的一步。

二、核心技术突破：从“间接测量”到“直接测量”的跨越
1. 磁场测量精度革命性提升
传统太阳磁场测量依赖可见光或近红外波段，需通过间接推算，精度仅约100高斯量级。AIMS望远镜通过12.3微米中红外波段观测，利用超窄带傅立叶光谱仪直接测量塞曼裂距，将磁场测量精度提升至优于10高斯量级。这一突破解决了太阳磁场测量百年历史中的瓶颈问题，实现了从“间接测量”到“直接测量”的跨越。

2. 中红外波段的独特优势
塞曼效应显示，谱线分裂间距与波长的平方成正比。在12.3微米中红外波段，同等磁场强度下的塞曼裂距比可见光波段增加数百倍，极大提升了观测仪器的分辨能力。此外，中红外波段受大气水汽干扰小、成像更稳定，特别适合探测太阳表面广泛分布的弱磁场区（强度仅几十高斯），这些区域占太阳磁场总能量的一半以上，此前因精度不足难以研究。

3. 国产化与技术创新
AIMS望远镜核心部件全面实现国产化，包括：
- 离轴光学系统设计：减少光路遮挡和杂散光干扰。
- 红外光谱和成像终端：含探测器芯片及真空制冷系统，均为国内自主研发。
- 偏振测量技术：首次在国内实现中红外波段系统级偏振性能补偿与定标，研发出国际最大口径硒化镉（CdSe）中红外波片，解决了中红外偏振测量无成熟器件的难题。

三、科学价值与应用前景
1. 深化太阳物理基础研究
AIMS望远镜提供的高精度磁场数据，将帮助科学家：
- 揭示太阳剧烈爆发（如耀斑、日冕物质抛射）中物质与能量转移机制。
- 研究磁能积累与释放的物理过程，构建更完整的太阳活动模型。
- 探索太阳活动周期的深层机制，理解弱磁场在太阳整体磁场结构中的作用。

2. 提升空间天气预报能力
太阳磁场活动直接影响地球空间环境。AIMS望远镜对弱磁场区的精确监测，能更早预警太阳风暴的发生。强烈的太阳风暴可能导致卫星失控、通信中断、电网瘫痪等严重后果。高精度磁场数据将显著提升空间天气预报的准确性，为保障航天活动、通信导航和电网安全提供关键科学依据。

3. 推动多波段协同观测
AIMS望远镜计划与国内外其他先进设备开展多波段联测，结合可见光、紫外、射电等波段数据，形成对太阳磁场的立体观测网络。这将为揭示太阳大气各层次的相互作用提供前所未有的综合视角。

四、十年磨一剑：艰苦卓绝的研发历程
AIMS项目自2015年启动研制，历时十年完成。其成功凝聚了科研团队的智慧与汗水：
- 选址挑战：经过多次踏勘，选择冷湖赛什腾山作为台址。该地空气干燥（冬季水汽中位值低至2.1毫米）、大气稳定，是中红外观测的理想场所。
- 高原施工困境：在海拔4000米的高原，科研人员面临缺氧、严寒（零下20多摄氏度）、物资运输困难等问题。设备材料需直升机吊运，初期科研人员栖身集装箱或简易木屋。
- 技术攻关难点：
  - 低温镜面变形问题：2022年6月设备运抵冷湖后，因低温导致胶体收缩使镜面变形，团队耗时两个多月排查并改进设计。
  - 电磁干扰问题：傅立叶光谱仪电信号放大倍率极高，团队通过多层滤波、隔离和严格接地，在20余个日夜内解决干扰问题，于2023年7月15日成功接收首幅太阳光谱（“初光”时刻）。

五、团队精神与自主创新
AIMS项目负责人邓元勇研究员强调：“我们不做国际上已有、自己只能当‘老二老三’的设备，而是追求原创突破。”团队秉持“敢为人先、自力更生”的科学精神，在中红外偏振测量等空白领域从零开始研发。年轻一代科研人员（如90后沈宇樑）在高原一线攻坚克难，展现了新时代科研工作者的担当。

六、未来展望
AIMS望远镜正式转入科学产出阶段后，将重点开展以下工作：
1. 常态化观测：获取稳定的中红外太阳光谱和成像数据，建立长期数据库。
2. 国际合作：吸引全球科研团队利用AIMS数据开展联合研究，提升中国在太阳物理领域的国际话语权。
3. 技术拓展：探索中红外波段更多科学机遇，为后续大型天文设备在高海拔地区的建设提供经验。

结语
AIMS望远镜的建成启用，不仅是中国天文事业的重大成就，更是源头创新和科技自立自强的生动体现。这台“慧眼”正凝视着遥远的太阳，为我们解开恒星奥秘、守护地球空间安全提供强大支撑。正如邓元勇所言：“从遥远的太阳到脚下的高原，一台望远镜的建设见证中国基础研究的自立自强，也望见通向科技强国的未来之路。”

（注：本文结合2025年11月17日最新资讯及AIMS望远镜相关研究资料整理而成，全面展现其技术突破、科学价值与研发历程。）