近日，中科院空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星上搭載、由同濟(jì)大學(xué)負(fù)責(zé)主體研制的46.5納米極紫外太陽成像儀（Solar Upper Transition Region Imager，簡稱“SUTRI”）順利開機(jī)，成功獲得首批太陽過渡區(qū)動態(tài)成像觀測數(shù)據(jù)，并捕獲到近期太陽上的一些活動現(xiàn)象。此次觀測也是繼1973年美國天空實(shí)驗(yàn)室（Skylab）上的無縫光譜儀拍攝全日面Ne VII 46.5納米圖像后，人類近半個世紀(jì)來首次在46.5納米波段拍攝到的太陽的完整圖像。

那么，這一主拍設(shè)備——46.5納米極紫外太陽成像儀究竟長什么樣子？它在太空中正常運(yùn)行，需要達(dá)到哪些要求？要拍攝清晰，需要攻克哪些難關(guān)？負(fù)責(zé)研制極紫外太陽成像儀光機(jī)總體的是同濟(jì)大學(xué)王占山教授團(tuán)隊(duì)，解放日報(bào)·上觀新聞記者采訪了團(tuán)隊(duì)核心成員——同濟(jì)大學(xué)物理學(xué)院青年教師齊潤澤老師。

46.5納米極紫外太陽成像儀（箭頭所示）在衛(wèi)星平臺上的圖片。

同濟(jì)大學(xué)王占山教授團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)極紫外太陽成像儀的光機(jī)總體研制，歷時一年半完成了成像儀的光學(xué)設(shè)計(jì)、機(jī)械總體設(shè)計(jì)、高精度極紫外反射鏡制作、光機(jī)系統(tǒng)精致裝校、力學(xué)實(shí)驗(yàn)等一系列工作。同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)協(xié)同中科院國家天文臺、中科院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院和北京大學(xué)田暉課題組完成了SUTRI的探測器測試與相機(jī)研發(fā)、電控、熱控、地面和在軌測試定標(biāo)等工作。

SUTRI選擇的Ne VII 46.5納米譜線形成于太陽大氣層中約50萬攝氏度的區(qū)域（位于高過渡區(qū)），是連接低層大氣和日冕的關(guān)鍵區(qū)域，過去人們對其知之極少。什么是太陽過渡區(qū)？齊潤澤解釋，太陽過渡區(qū)是指太陽色球與日冕之間的層次，過渡區(qū)在太陽內(nèi)部，那里的溫度大約有50萬攝氏度。今年7月27日，裝有46.5納米極紫外太陽成像儀的空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由“力箭一號”運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空，衛(wèi)星在500公里附近的太陽同步軌道上工作。這個位置，距離太陽有15000萬公里。

46.5納米極紫外成像儀光機(jī)結(jié)構(gòu)。

46.5納米極紫外太陽成像儀，主要捕捉波長為46.5納米的太陽光線。要使極紫外太陽成像儀在太空中正常運(yùn)行，可并不容易。首先要解決“看得見”問題，就得沖過兩個“關(guān)卡”。

第一個關(guān)卡在發(fā)射上天階段。眾所周知，在發(fā)射器推進(jìn)過程中，火箭會產(chǎn)生很大的震動和沖擊，往往導(dǎo)致航天器受損，“決定整機(jī)能否成功運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件，是設(shè)備最前端的濾光片是一片150納米厚度的鋁片，它相當(dāng)于頭發(fā)絲的幾百分之一?！饼R潤澤介紹，我們在這一濾光片的背面，用2微米的線條做了網(wǎng)格狀的支撐，2微米相當(dāng)于頭發(fā)絲的二十分之一粗細(xì)。

46.5納米極紫外成像儀光機(jī)實(shí)物圖。

第二個關(guān)卡在到達(dá)飛行軌道階段。這時，航天器會受到宇宙輻射的影響，其中帶電粒子會導(dǎo)致電子設(shè)備失靈，宇宙射線則會損害鏡片上的薄膜，導(dǎo)致反射能力失效。而在成像過程中，需要設(shè)備直面太陽，但是由于太陽的高溫，設(shè)備正反兩面溫度差高達(dá)150攝氏度。通過支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、精選材料等創(chuàng)新方法，可以很好地把濾光片鋁膜上的熱量傳導(dǎo)出去，實(shí)現(xiàn)前端降溫；而后端通過主動加溫，從而整體實(shí)現(xiàn)低功耗的溫度控制。

2022年9月4日至5日觀測的46.5 nm太陽圖像。

雖說太陽很大，相當(dāng)于130萬個地球大小，但是太陽距離地球太遠(yuǎn)，需要成像儀有很高清晰度才能“看得清”。SUTRI是國際首臺基于多層膜窄帶濾光技術(shù)的46.5納米太陽成像儀，項(xiàng)目組創(chuàng)新性地采用硅鈧多層膜在46.5納米波長附近獲得了3納米帶寬，并在國內(nèi)首次研發(fā)了用于空間極紫外探測的科學(xué)級sCMOS相機(jī)，從而具備了對50萬攝氏度左右的太陽大氣進(jìn)行動態(tài)成像觀測的能力。所拍攝的圖像清晰地顯示了過渡區(qū)網(wǎng)絡(luò)組織、活動區(qū)冕環(huán)系統(tǒng)、日珥和暗條等結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的觀測特征表明，SUTRI所拍攝的確實(shí)是從太陽低層大氣往日冕過渡的結(jié)構(gòu)，符合預(yù)期。

9月8日觀測的46.5 nm太陽圖像。

目前，載荷一切功能正常，正在按計(jì)劃開展在軌測試和定標(biāo)工作。這次搭載試驗(yàn)的成功為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在推動的太陽極紫外光譜探測、恒星極紫外測光和光譜探測等夯實(shí)了基礎(chǔ)，為我國未來的深空太陽探測強(qiáng)化了技術(shù)儲備，同時也在空間天氣源頭監(jiān)測和基于自主數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)空間天氣等方面為太陽活動與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供了重要支撐。

欄目主編：徐瑞哲 題圖來源：受訪者供圖

來源：作者：李蕾