Daniel K. Inouye太陽望遠鏡產生了有史以來最高分辨率的太陽表面圖像。在這張以789納米（nm）拍攝的照片中，我們第一次可以看到小到30公里的特徵。該圖像顯示了覆蓋整個太陽的湍流 - “沸騰”氣體的模式。這種類似細胞的結構（每個都有20多萬平方公里大）是劇烈運動的標誌，這種劇烈運動將熱量從太陽內部傳遞到其表面。在稱為“對流”的過程中，熾熱的等離子體在“細胞”的明亮中心處上升，冷卻下來，然後在黑暗的邊界處沉入表面以下。在這些黑暗的邊界上，我們還可以看到磁場的微小而明亮的標記。從未如此清晰，這些明亮的斑點被認為會將能量引導到稱為“日冕”的太陽大氣的外層。這些亮點可能是為什麼日冕超過一百萬度的關鍵。圖片：NSO/AURA/NSF
剛剛發佈的第一張來自美國國家科學基金會（National Science Foundation）的Daniel K. Inouye太陽望遠鏡的圖像揭示了太陽表面前所未有的細節，並預覽了這款卓越的4米太陽望遠鏡提供的世界一流產品。NSF Inouye太陽望遠鏡將開創太陽科學的新紀元，並在理解太陽及其對我們星球的影響方面實現飛躍。
Daniel K. Inouye太陽望遠鏡
太陽活動，即太空天氣，會影響地球上的系統。太陽上的電磁爆發會影響航空旅行，破壞衛星通信並導致電網癱瘓，從而造成長期停電，並使GPS等技術失效。
NSF Inouye太陽望遠鏡的第一張圖像顯示了太陽表面的特寫視圖，可以為科學家提供重要的細節。該圖像顯示了覆蓋整個太陽的湍流 - “沸騰”氣體的模式。這種類似細胞的結構（每個都有數十萬平方公里大）是劇烈運動的標誌，這種劇烈運動將熱量從太陽內部傳遞到其表面。在稱為“對流”的過程中，熾熱的等離子體在“細胞”的明亮中心處上升，冷卻下來，然後在黑暗的邊界處沉入表面以下。
NSF主任弗朗斯·科爾多瓦（France Córdova）說：“自NSF開始研究這種地面望遠鏡以來，我們就迫切地等待著第一批圖像。我們現在可以共享這些圖像和視頻，這是迄今為止我們獲得的太陽最詳細的信息。NSF Inouye太陽望遠鏡將能夠繪製太陽日冕內的磁場，在那裡發生的太陽噴射會影響地球上的生命。望遠鏡將增進我們對驅動太空天氣的因素的瞭解，並最終幫助預報員更好地預測太陽風暴。”
我們對離我們最近的恆星的瞭解
太陽是我們最近的恆星，它是一個巨大的核反應堆，每秒燃燒約500萬噸氫燃料。它已經這樣做了大約50億年，並將在其生命的剩餘45億年中持續下去。所有的能量都向各個方向輻射到太空，而到達地球的微小部分使生命成為可能。在1950年代，科學家發現太陽風從太陽吹到太陽系的邊緣。他們還首次推斷出我們生活在這顆恆星產生的大氣中。但是，許多太陽最重要的過程繼續困擾著科學家。
“在地球上，我們可以準確預測世界上任何地方是否會下雨，而對太空天氣還不存在。” 大學天文學協會主席、Inouye太陽望遠鏡建造負責人馬特·芒特（Matt Mountain）說：“我們的預測要比陸地天氣落後50年，甚至還要更長。我們需要掌握太空天氣背後的基本物理學，這是從太陽開始的，這是Inouye太陽望遠鏡將在未來幾十年中進行研究。”
NSF Inouye太陽望遠鏡對太陽的成像比我們以前看到的更為詳細。望遠鏡可以成像38000公里寬的太陽區域。近距離拍攝時，這些圖像顯示了數百公里寬的大型細胞狀結構，並且首次出現了太陽表面上最小的特徵，有些甚至只有30公里。圖片：NSO Integrated Synoptic Program/GONG. Credit: NSO/AURA/NSF
太陽磁場不斷受到太陽等離子體運動的扭曲和糾纏。扭曲的磁場會導致太陽風暴，對我們依賴的現代生活方式產生負面影響。在2017年的Irma颶風期間，美國國家海洋與大氣管理局報告說，同時發生的太空天氣事件使颶風登陸當天的八個小時內，急救人員、航空和海事頻道使用的無線電通信中斷了。
最終解決這些微小的磁性特徵是Inouye太陽望遠鏡獨特的關鍵。它可以比以往更詳細地測量和表徵太陽磁場，並確定可能有害的太陽活動的原因。
Inouye太陽望遠鏡的負責人托馬斯·裡默勒（Thomas Rimmele）說：“這全與磁場有關。要揭開太陽最大的謎團，我們不僅必須能夠清楚地看到1.5億公里之外的這些微小結構，而且還必須非常精確地測量它們在太陽表面附近的磁場強度和方向，並在其延伸到上百萬溫度的日冕時追蹤其磁場，以及太陽的外部大氣。”
更好地瞭解潛在災難的根源，將使政府和公用事業能夠更好地為未來不可避免的太空天氣事件做準備。預期潛在影響的通知可能會更早發生-提前48小時，而不是當前標準（大約48分鐘）。這將留出更多時間來保護電網和關鍵基礎設施，並使衛星進入安全模式。
工程
為了實現計劃的目標，這架望遠鏡需要對其構造和工程學採用重要的新方法。Inouye太陽望遠鏡由NSF國家太陽能天文臺建造，由AURA管理，結合了4米直徑的鏡子（世界上最大的太陽望遠鏡），並在3000米高的Haleakalā峰頂上享有無與倫比的觀看條件。
聚焦13千瓦的太陽能會產生大量的熱量，這些熱量必須被遏制或消除。專門的冷卻系統為望遠鏡及其光學器件提供了至關重要的保護。超過11公里的管道將冷卻劑分配到整個天文臺，並通夜間產生的冰進行冷卻。
Daniel K. Inouye太陽望遠鏡對太陽表面進行了最高分辨率的觀測。在視頻中，以705納米（nm）的波長拍攝了10分鐘，這是我們第一次看到尺寸僅30公里的特徵。視頻顯示了湍流。圖片：NSO/AURA/NSF
包圍望遠鏡的圓頂上覆蓋著薄薄的冷卻板，這些冷卻板可以穩定望遠鏡周圍的溫度，而圓頂內的百葉窗則可以提供陰影和空氣流通，從而可以穩定望遠鏡周圍的溫度。“阻熱器”（一種高科技的液冷金屬甜甜圈）可阻擋主鏡反射的大部分陽光，使科學家能夠以無與倫比的清晰度研究太陽的特定區域。
望遠鏡還使用最先進的自適應光學器件來補償地球大氣層造成的模糊。光學器件的設計（“離軸”反射鏡放置）減少了明亮的散射光，從而可以更好地觀看，並由尖端系統進行補償，以精確地對準望遠鏡並消除地球大氣層造成的畸變。該系統是迄今為止最先進的太陽能應用。
裡默勒說：“憑藉所有太陽望遠鏡中最大的光圈，獨特的設計和最先進的儀器，Inouye太陽望遠鏡將首次進行最具挑戰性的太陽測量。經過一個致力於設計和建造頂級太陽能研究天文臺的大型團隊20多年的工作，我們已經接近終點線。我非常高興能夠被安排去用這架令人難以置信的望遠鏡來觀察新的太陽週期的第一個太陽黑子。”
開創太陽天文學的新紀元
NSF的新型地面Inouye太陽望遠鏡將與天基太陽觀測工具配合使用，例如NASA的Parker太陽探測器（目前在太陽周圍軌道）和歐洲航天局/NASA太陽軌道器（即將發射）。這三項太陽觀測計劃將擴大太陽研究的領域，並提高科學家預測太空天氣的能力。
NSF國家太陽能天文臺主任瓦倫丁·皮耶（Valentin Pillet）說：“成為一名太陽物理學家真是令人興奮的時刻。Inouye太陽望遠鏡將提供對太陽外層及其中發生的磁過程的遙感。這些過程傳播到太陽系中，Parker太陽探測器和太陽軌道飛行器任務將對其後果進行測量。它們一起構成了真正的多維觀測，以瞭解恆星及其行星之間是如何磁連接的。”
NSF天文科學部門的項目主管，負責該設施的建設和運營的戴維·波波茲（David Boboltz）說：“這只是一個開始。在接下來的六個月中，Inouye望遠鏡的科學家、工程師和技術人員團隊將繼續測試和調試該望遠鏡，以使其可供國際太陽能科學界使用。Inouye太陽能望遠鏡將收集有關太陽活動的更多信息。在它生命的前五年觀測到的數據要比自伽利略於1612年首次將望遠鏡對準太陽以來所收集到的所有太陽數據都多。”
該望遠鏡前身為先進技術太陽望遠鏡，在2013年12月15日改名以獎勵Daniel K. Inouye參議員。Inouye參議員是科學、技術、工程和數學的不懈支持者，尤其是在豐富夏威夷人民生活方面。NSF Inouye太陽望遠鏡位於夏威夷毛伊島哈雷阿卡拉，將在未來50年內為夏威夷人和全世界提供最先進的科學和教育資源。
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