天文学是一门观测科学。作为最接近地球的一颗恒星，太阳对人类生活可以产生直接的影响，自然值得人类对其进行长期、仔细、深入的观测研究。
图1.太阳与地球大小的比较。太阳体积内可以装下130万个地球(来源：NASA)
自古以来，人类对于太阳的探索，就像原始人对于火焰的观察一样，要么是”伸手”去抓住”火焰”（例如，美国的Parker Solar Probe计划通过发射卫星抵近太阳观测），那需要付出很大的”勇气”和”代价”；要么是用”眼睛”尽可能地”观察火焰”，看得越详细越好，越深入越好。”张目对日，明察秋毫，见藐小之物必细察其纹理”—— 清.沈复（《童趣》），这就是本文介绍的太阳望远镜的意义所在。
图2.太阳的多波段观测，每个波段都有其独特的细节特征，示踪着不同的物理过程（来源:NASA/SDO）
太阳可以被视作一个天然的核物理实验室，一直稳定进行着核聚变反应，并释放出大量的等离子体和超过地球磁场一万倍的强磁场。目前探测到的太阳活动可以分为太阳黑子、太阳耀斑、日冕物质抛射和暗条爆发等。
组图1.太阳黑子（sunspot）是太阳光球表面出现的一些暗区域，它是太阳磁场聚集的地方（来源:NASA/SDO）
组图2.太阳耀斑(solar flare)是发生在太阳大气局部区域的一种剧烈的爆发现象（来源: NASA/GSFC/SDO）
组图3.太阳暗条(solar filament)是指太阳边缘的日珥（prominence）投影到太阳表面上所呈现的暗黑色条带现象。它是动态的，有可能猛烈地向外爆发。（来源：NASA）
组图4.日冕物质抛射（coronal mass ejection，CME）是来自于太阳日冕区域的大量等离子体和磁场的爆发现象。（来源: STEREO-A/EUVI + COR2）
太阳的这些活动区域是如何产生，如何发展演化，又如何导致太阳耀斑和日冕物质抛射等爆发活动的？这是太阳物理中最基本的科学问题之一。
另外，如果把太阳比作人，它要是打了一个”喷嚏”（太阳爆发），它的”飞沫”（高能等离子体）溅到了地球上，就会对地球和人类造成非常大的危害：通信中断、卫星失效、电网停摆等”病症”都是有可能发生的。随着人类科学技术的不断发展，探月计划、探火计划甚至是冲出太阳系的旅行者计划等得以实施。我国近年来综合国力不断增强，国家大力发展深空探测和载人航天计划，通过对太阳爆发现象的详细研究可以使我们理解爆发现象发生的物理规律，从而为灾害性空间天气的预报提供理论支撑。因此，通过建造更先进的太阳望远镜来监测太阳活动也是服务国家战略需求的重要举措之一。
图4.艺术家绘制的想象图，描述了空间天气对近地卫星的影响。空间灾害性天气主要源自太阳的高能粒子。天问一号、嫦娥计划、以及天宫计划都深受其影响。（来源：ESA）
科学研究表明，太阳辐射强度非常高，在地球轨道处仍有1340 W/m2的能量密度，相当于一间四人宿舍内开了七八个取暖器。人类可以直接利用如此巨大的能量：小到简易太阳灶来烧热水，大到熔盐塔式光热电站将太阳能转化为电能。
图5.太阳灶，晴好天气能烧开水（来源：网络）
图6.位于甘肃省敦煌市的首航高科敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站，也是目前中国建成规模最大的熔盐塔式光热电站，大约可供上万户居民用电（来源：澎湃新闻）
作为一个聚光设备，太阳望远镜同样会汇聚大量的热量。因此，如何解决镜面等部件的散热问题，对太阳望远镜的设计和制造来说都是比较大的考验。由于上述原因，目前国际上正在运行的地面大口径太阳望远镜都采用了有利于散热的偏轴光路设计。现在世界上正式运行的最大口径太阳望远镜是美国大熊湖天文台的1.6米望远镜GST。虽然它提供的分辨率足够开展大部分科学研究，但是由于偏轴光路的限制，其视场只有2-3角分，只能覆盖太阳表面积的百分之一左右（太阳直径约为32角分）。
由美国研发的4米口径太阳望远镜DKIST已经完成制造和安装，正处于调试运行状态。
图7.DKIST设计图（包含圆顶及附属建筑/来源：NSO）
虽然DKIST的口径更大，理论观测分辨率更好，但和GST同样的偏轴设计使得它的观测视场也很小，且不利于太阳磁场的测量。由于一个发展成熟的太阳活动区的尺度通常可达6-7角分左右，科学家们想要对整个太阳活动区进行观测并监控太阳爆发的话，现有的大口径望远镜的视场不能满足完整覆盖的要求。
图8.DKIST（上）和GST（下）对于太阳黑子的观测。这些观测仅能看清一两个黑子，而不能覆盖太阳活动的完整区域（来源：NJIT/DKIST/GST）
图9.科学家们对于太阳活动区的观测期望：视场大小至少需要达到6-7角分（黄色圆圈，黄色方框为角分方形视场）
为了能够更好地观测太阳活动区，获得更精确的太阳活动区的物理资料，由中国科学院院士方成教授、长江学者丁明德教授领导的南京大学天文与空间科学学院太阳物理研究团队提出了”2.5米大视场高分辨率太阳望远镜”（Wide field High resolution solar Telescope, WeHoT）项目。项目组团队是国内顶尖的太阳物理团队之一。该项目作为南京大学重点支持的”双一流”建设项目，已于2019年10月12日正式启动建设 。南京大学作为牵头单位，合作方还包括中国科学院紫金山天文台、云南天文台和南京天文光学技术研究所等单位。按照建设规划，WeHoT将于2024年完成研制，并于次年完成安装调试，开始正式运行，以期赶上下一个太阳活动周的活跃时期（预期为2024-2025年达到活动极大期）。建成之后，它将是世界上最大的轴对称太阳望远镜，与以往太阳望远镜相比有显著优势。
图10.WeHoT工程设计图
WeHoT采用轴对称镜面，借鉴了我国著名光学工程专家、中国科学院院士苏定强教授主导提出的SYZ（苏定强、俞新木、周必方三人姓的拼音首字母）折轴光路设计,配合最新技术研制的低膨胀系数玻璃和新研发的高效望远镜散热系统，使得WeHoT可以承受数倍于GST的散热压力，设计预期达到视场7角分的圆视场（或者5角分的方形视场）,分辨率为0.1―0.3角秒（以500 nm光为例），能够完全覆盖整个太阳活动区。而采用高阶校正的自适应光学系统（AO） 时，分辨率可在小视场（20―30角秒）内达到0.06角秒（以500 nm光为例），达到国际领先水平。视场与分辨率的兼顾，使得WeHoT在国际同类望远镜中独树一帜、难以替代。
图11.WeHoT及圆顶和附属建筑设计样图
此外，WeHoT不仅是一架太阳望远镜，由于它创新的设计，只需切换望远镜终端设备，它在夜间依然可以正常工作。WeHoT的快速准确指向性能使它成为当今世界上热门的时域天文学研究的利器，可用于超新星和光学瞬变星的观测、伽玛暴的多波段观测、黑洞潮汐瓦解事件的发现、引力波光学对应体的观测、双超大质量黑洞的认证、以及系外行星的观测研究等。值得一提的是，由于我国地理位置时区的特殊性，国际天文学界在北半球东八区附近缺少大口径地面光学望远镜，WeHoT所贡献的观测资料将对时域天文学研究提供不可或缺的一块拼图。
图12.超新星SN1987A多年演化（来源：Mark McDonald/NASA/ESA/Hubble Space Telescope）
项目启动一年以来，WeHoT的建设已经步入正轨，购置于德国肖特公司的直径255cm的主镜镜坯已于2020年7月运抵南京，由中国科学院南京天文光学技术研究所进行精细磨制等加工工序；望远镜本体设计方案已于2020年9月完成专家评审，并按计划开始进入加工制造阶段。让我们共同期待WeHoT三年后的落成，为中国天文事业添砖加瓦！
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