中国首次实现太阳过渡区探测！主拍设备

　　近日，中科院空间新技术试验卫星上搭载、由同济大学负责主体研制的46.5纳米极紫外太阳成像仪（Solar Upper Transition Region Imager，简称＂SUTRI＂）顺利开机，成功获得首批太阳过渡区动态成像观测数据，并捕获到近期太阳上的一些活动现象。此次观测也是继1973年美国天空实验室（Skylab）上的无缝光谱仪拍摄全日面Ne VII 46.5纳米图像后，人类近半个世纪来首次在46.5纳米波段拍摄到的太阳的完整图像。
　　那么，这一主拍设备——46.5纳米极紫外太阳成像仪究竟长什么样子？它在太空中正常运行，需要达到哪些要求？要拍摄清晰，需要攻克哪些难关？负责研制极紫外太阳成像仪光机总体的是同济大学王占山教授团队，解放日报·上观新闻记者采访了团队核心成员——同济大学物理学院青年教师齐润泽老师。
　　46.5纳米极紫外太阳成像仪（箭头所示）在卫星平台上的图片。
　　同济大学王占山教授团队负责极紫外太阳成像仪的光机总体研制，历时一年半完成了成像仪的光学设计、机械总体设计、高精度极紫外反射镜制作、光机系统精致装校、力学实验等一系列工作。同济大学团队协同中科院国家天文台、中科院西安光学精密机械研究所、中科院微小卫星创新研究院和北京大学田晖课题组完成了SUTRI的探测器测试与相机研发、电控、热控、地面和在轨测试定标等工作。
　　SUTRI选择的Ne VII 46.5纳米谱线形成于太阳大气层中约50万摄氏度的区域（位于高过渡区），是连接低层大气和日冕的关键区域，过去人们对其知之极少。什么是太阳过渡区？齐润泽解释，太阳过渡区是指太阳色球与日冕之间的层次，过渡区在太阳内部，那里的温度大约有50万摄氏度。今年7月27日，装有46.5纳米极紫外太阳成像仪的空间新技术试验卫星在酒泉卫星发射中心由＂力箭一号＂运载火箭成功发射升空，卫星在500公里附近的太阳同步轨道上工作。这个位置，距离太阳有15000万公里。
　　46.5纳米极紫外成像仪光机结构。
　　46.5纳米极紫外太阳成像仪，主要捕捉波长为46.5纳米的太阳光线。要使极紫外太阳成像仪在太空中正常运行，可并不容易。首先要解决＂看得见＂问题，就得冲过两个＂关卡＂。
　　第一个关卡在发射上天阶段。众所周知，在发射器推进过程中，火箭会产生很大的震动和冲击，往往导致航天器受损，＂决定整机能否成功运转的零部件，是设备最前端的滤光片是一片150纳米厚度的铝片，它相当于头发丝的几百分之一。＂齐润泽介绍，我们在这一滤光片的背面，用2微米的线条做了网格状的支撑，2微米相当于头发丝的二十分之一粗细。
　　46.5纳米极紫外成像仪光机实物图。
　　第二个关卡在到达飞行轨道阶段。这时，航天器会受到宇宙辐射的影响，其中带电粒子会导致电子设备失灵，宇宙射线则会损害镜片上的薄膜，导致反射能力失效。而在成像过程中，需要设备直面太阳，但是由于太阳的高温，设备正反两面温度差高达150摄氏度。通过支撑结构的优化、精选材料等创新方法，可以很好地把滤光片铝膜上的热量传导出去，实现前端降温；而后端通过主动加温，从而整体实现低功耗的温度控制。
　　2022年9月4日至5日观测的46.5 nm太阳图像。
　　虽说太阳很大，相当于130万个地球大小，但是太阳距离地球太远，需要成像仪有很高清晰度才能＂看得清＂。SUTRI是国际首台基于多层膜窄带滤光技术的46.5纳米太阳成像仪，项目组创新性地采用硅钪多层膜在46.5纳米波长附近获得了3纳米带宽，并在国内首次研发了用于空间极紫外探测的科学级sCMOS相机，从而具备了对50万摄氏度左右的太阳大气进行动态成像观测的能力。所拍摄的图像清晰地显示了过渡区网络组织、活动区冕环系统、日珥和暗条等结构。这些结构的观测特征表明，SUTRI所拍摄的确实是从太阳低层大气往日冕过渡的结构，符合预期。
　　9月8日观测的46.5 nm太阳图像。
　　目前，载荷一切功能正常，正在按计划开展在轨测试和定标工作。这次搭载试验的成功为项目团队正在推动的太阳极紫外光谱探测、恒星极紫外测光和光谱探测等夯实了基础，为我国未来的深空太阳探测强化了技术储备，同时也在空间天气源头监测和基于自主数据预报空间天气等方面为太阳活动与空间天气重点实验室的建设提供了重要支撑。
　　栏目主编：徐瑞哲 题图来源：受访者供图