Daniel K. Inouye太阳望远镜产生了有史以来最高分辨率的太阳表面图像。在这张以789纳米（nm）拍摄的照片中，我们第一次可以看到小到30公里的特征。该图像显示了覆盖整个太阳的湍流 - “沸腾”气体的模式。这种类似细胞的结构（每个都有20多万平方公里大）是剧烈运动的标志，这种剧烈运动将热量从太阳内部传递到其表面。在称为“对流”的过程中，炽热的等离子体在“细胞”的明亮中心处上升，冷却下来，然后在黑暗的边界处沉入表面以下。在这些黑暗的边界上，我们还可以看到磁场的微小而明亮的标记。从未如此清晰，这些明亮的斑点被认为会将能量引导到称为“日冕”的太阳大气的外层。这些亮点可能是为什么日冕超过一百万度的关键。图片：NSO/AURA/NSF
刚刚发布的第一张来自美国国家科学基金会（National Science Foundation）的Daniel K. Inouye太阳望远镜的图像揭示了太阳表面前所未有的细节，并预览了这款卓越的4米太阳望远镜提供的世界一流产品。NSF Inouye太阳望远镜将开创太阳科学的新纪元，并在理解太阳及其对我们星球的影响方面实现飞跃。
Daniel K. Inouye太阳望远镜
太阳活动，即太空天气，会影响地球上的系统。太阳上的电磁爆发会影响航空旅行，破坏卫星通信并导致电网瘫痪，从而造成长期停电，并使GPS等技术失效。
NSF Inouye太阳望远镜的第一张图像显示了太阳表面的特写视图，可以为科学家提供重要的细节。该图像显示了覆盖整个太阳的湍流 - “沸腾”气体的模式。这种类似细胞的结构（每个都有数十万平方公里大）是剧烈运动的标志，这种剧烈运动将热量从太阳内部传递到其表面。在称为“对流”的过程中，炽热的等离子体在“细胞”的明亮中心处上升，冷却下来，然后在黑暗的边界处沉入表面以下。
NSF主任弗朗斯·科尔多瓦（France Córdova）说：“自NSF开始研究这种地面望远镜以来，我们就迫切地等待着第一批图像。我们现在可以共享这些图像和视频，这是迄今为止我们获得的太阳最详细的信息。NSF Inouye太阳望远镜将能够绘制太阳日冕内的磁场，在那里发生的太阳喷射会影响地球上的生命。望远镜将增进我们对驱动太空天气的因素的了解，并最终帮助预报员更好地预测太阳风暴。”
我们对离我们最近的恒星的了解
太阳是我们最近的恒星，它是一个巨大的核反应堆，每秒燃烧约500万吨氢燃料。它已经这样做了大约50亿年，并将在其生命的剩余45亿年中持续下去。所有的能量都向各个方向辐射到太空，而到达地球的微小部分使生命成为可能。在1950年代，科学家发现太阳风从太阳吹到太阳系的边缘。他们还首次推断出我们生活在这颗恒星产生的大气中。但是，许多太阳最重要的过程继续困扰着科学家。
“在地球上，我们可以准确预测世界上任何地方是否会下雨，而对太空天气还不存在。” 大学天文学协会主席、Inouye太阳望远镜建造负责人马特·芒特（Matt Mountain）说：“我们的预测要比陆地天气落后50年，甚至还要更长。我们需要掌握太空天气背后的基本物理学，这是从太阳开始的，这是Inouye太阳望远镜将在未来几十年中进行研究。”
NSF Inouye太阳望远镜对太阳的成像比我们以前看到的更为详细。望远镜可以成像38000公里宽的太阳区域。近距离拍摄时，这些图像显示了数百公里宽的大型细胞状结构，并且首次出现了太阳表面上最小的特征，有些甚至只有30公里。图片：NSO Integrated Synoptic Program/GONG. Credit: NSO/AURA/NSF
太阳磁场不断受到太阳等离子体运动的扭曲和纠缠。扭曲的磁场会导致太阳风暴，对我们依赖的现代生活方式产生负面影响。在2017年的Irma飓风期间，美国国家海洋与大气管理局报告说，同时发生的太空天气事件使飓风登陆当天的八个小时内，急救人员、航空和海事频道使用的无线电通信中断了。
最终解决这些微小的磁性特征是Inouye太阳望远镜独特的关键。它可以比以往更详细地测量和表征太阳磁场，并确定可能有害的太阳活动的原因。
Inouye太阳望远镜的负责人托马斯·里默勒（Thomas Rimmele）说：“这全与磁场有关。要揭开太阳最大的谜团，我们不仅必须能够清楚地看到1.5亿公里之外的这些微小结构，而且还必须非常精确地测量它们在太阳表面附近的磁场强度和方向，并在其延伸到上百万温度的日冕时追踪其磁场，以及太阳的外部大气。”
更好地了解潜在灾难的根源，将使政府和公用事业能够更好地为未来不可避免的太空天气事件做准备。预期潜在影响的通知可能会更早发生-提前48小时，而不是当前标准（大约48分钟）。这将留出更多时间来保护电网和关键基础设施，并使卫星进入安全模式。
工程
为了实现计划的目标，这架望远镜需要对其构造和工程学采用重要的新方法。Inouye太阳望远镜由NSF国家太阳能天文台建造，由AURA管理，结合了4米直径的镜子（世界上最大的太阳望远镜），并在3000米高的Haleakalā峰顶上享有无与伦比的观看条件。
聚焦13千瓦的太阳能会产生大量的热量，这些热量必须被遏制或消除。专门的冷却系统为望远镜及其光学器件提供了至关重要的保护。超过11公里的管道将冷却剂分配到整个天文台，并通夜间产生的冰进行冷却。
Daniel K. Inouye太阳望远镜对太阳表面进行了最高分辨率的观测。在视频中，以705纳米（nm）的波长拍摄了10分钟，这是我们第一次看到尺寸仅30公里的特征。视频显示了湍流。图片：NSO/AURA/NSF
包围望远镜的圆顶上覆盖着薄薄的冷却板，这些冷却板可以稳定望远镜周围的温度，而圆顶内的百叶窗则可以提供阴影和空气流通，从而可以稳定望远镜周围的温度。“阻热器”（一种高科技的液冷金属甜甜圈）可阻挡主镜反射的大部分阳光，使科学家能够以无与伦比的清晰度研究太阳的特定区域。
望远镜还使用最先进的自适应光学器件来补偿地球大气层造成的模糊。光学器件的设计（“离轴”反射镜放置）减少了明亮的散射光，从而可以更好地观看，并由尖端系统进行补偿，以精确地对准望远镜并消除地球大气层造成的畸变。该系统是迄今为止最先进的太阳能应用。
里默勒说：“凭借所有太阳望远镜中最大的光圈，独特的设计和最先进的仪器，Inouye太阳望远镜将首次进行最具挑战性的太阳测量。经过一个致力于设计和建造顶级太阳能研究天文台的大型团队20多年的工作，我们已经接近终点线。我非常高兴能够被安排去用这架令人难以置信的望远镜来观察新的太阳周期的第一个太阳黑子。”
开创太阳天文学的新纪元
NSF的新型地面Inouye太阳望远镜将与天基太阳观测工具配合使用，例如NASA的Parker太阳探测器（目前在太阳周围轨道）和欧洲航天局/NASA太阳轨道器（即将发射）。这三项太阳观测计划将扩大太阳研究的领域，并提高科学家预测太空天气的能力。
NSF国家太阳能天文台主任瓦伦丁·皮耶（Valentin Pillet）说：“成为一名太阳物理学家真是令人兴奋的时刻。Inouye太阳望远镜将提供对太阳外层及其中发生的磁过程的遥感。这些过程传播到太阳系中，Parker太阳探测器和太阳轨道飞行器任务将对其后果进行测量。它们一起构成了真正的多维观测，以了解恒星及其行星之间是如何磁连接的。”
NSF天文科学部门的项目主管，负责该设施的建设和运营的戴维·波波兹（David Boboltz）说：“这只是一个开始。在接下来的六个月中，Inouye望远镜的科学家、工程师和技术人员团队将继续测试和调试该望远镜，以使其可供国际太阳能科学界使用。Inouye太阳能望远镜将收集有关太阳活动的更多信息。在它生命的前五年观测到的数据要比自伽利略于1612年首次将望远镜对准太阳以来所收集到的所有太阳数据都多。”
该望远镜前身为先进技术太阳望远镜，在2013年12月15日改名以奖励Daniel K. Inouye参议员。Inouye参议员是科学、技术、工程和数学的不懈支持者，尤其是在丰富夏威夷人民生活方面。NSF Inouye太阳望远镜位于夏威夷毛伊岛哈雷阿卡拉，将在未来50年内为夏威夷人和全世界提供最先进的科学和教育资源。
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