世界上最先進的太陽望遠鏡剛剛透過其可見光可調諧濾光片發出的第一束光開啟了新的探索高度——可見光可調諧濾光片是一種以原子精度製造的革命性儀器，可以捕捉到令人驚嘆的光譜和磁場細節。

這是波長為λ=588.9nm的太陽窄帶影像——這是一條著名的太陽鈉線，也稱為「NaD線」。該圖像是在井上VTF近期的首次光合作用中拍攝的，展示了太陽黑子內部結構的分辨率，並暗示了通過結合VTF提供的所有數據（圖像、光譜和偏振測量），可以多麼徹底地研究它們。原始影像中的每個像素對應於太陽表面10公里（或6.2英里）的距離。圖片來源：VTF/KIS/NSF/NSO/AURA

這項突破標誌著井上太陽望遠鏡儀器套件的最後一塊拼圖。早期成果已揭示了複雜的太陽黑子結構，這暗示著對太陽耀斑、太空天氣和太陽強大磁場的顛覆性洞察。科學家相信，這將為預測可能擾亂地球電網和衛星的太陽風暴帶來關鍵進展。

丹尼爾·K·井上太陽望遠鏡，世界上最強大的太陽望遠鏡，已經達到了一個重要的里程碑。該望遠鏡位於毛伊島哈萊阿卡拉山頂附近，由美國國家科學基金會（NSF）的國家太陽天文台（NSO）運營，它使用迄今為止最先進的儀器——可見光可調諧濾光片（VTF），捕捉到了第一束光。

VTF 由德國弗萊堡萊布尼茨太陽物理研究所(KIS) 研發，是迄今為止最大的成像光譜偏振儀。這台尖端儀器現已成為井上望遠鏡科學工具包的核心組件。 VTF 拍攝的首張影像凸顯了該儀器革新太陽觀測的潛力。

去年，VTF 抵達天文台後，KIS 團隊與NSO 工程師和科學家攜手合作，精心重建了VTF，並將其整合到望遠鏡的庫德實驗室(Coudé Laboratory)。這項工作按原計劃完成瞭望遠鏡五台第一代儀器的全套安裝。

這是波長為λ=588.9nm的太陽窄帶影像——這是一條著名的太陽鈉線，也稱為「NaD線」。該圖像是在井上VTF近期的首次光合作用中拍攝的，展示了太陽黑子內部結構的分辨率，並暗示了通過結合VTF提供的所有數據（圖像、光譜和偏振測量），可以多麼徹底地研究它們。原始影像中的每個像素對應於太陽表面10公里（或6.2英里）的距離。圖片來源：VTF/KIS/NSF/NSO/AURA

經過詳細的光學校準和對準，團隊成功完成了VTF的首次太陽觀測。最終的影像清晰地展現了太陽表面的一組太陽黑子，空間解析度達到每像素10公里（6.2英里）。這些太陽黑子——強磁場活動區域——通常與強烈的太陽耀斑和日冕物質拋射有關。

儘管VTF仍處於部署的早期階段，但這張首張影像已展現出其潛力。該儀器預計將於2026年開始正式的科學驗證和調試。

圖中可見光可調諧濾光片(VTF) 標準具由兩塊反射板組成，用於利用其產生的干涉效應測量不同波長光通量的細微差異。該標準具的尺寸及其極高的表面品質獨一無二，前所未有。 VTF 由德國弗萊堡太陽物理研究所(KIS) 設計和製造，現已整合到位於夏威夷毛伊島的井上太陽望遠鏡中，並於近期成功發射。圖片來源：KIS

井上望遠鏡專為支援像VTF這樣的複雜儀器而設計。這台強大的設備耗時超過十年才得以設計和製造。這些首次成功的觀測標誌著我們向前邁出了重要一步，展示了VTF的精確度和性能，並預示著未來幾年太陽物理學領域的新發現。

「經過這麼多年的努力，VTF 對我來說是一個巨大的成功，」KIS 聯合首席研究員、儀器光學設計的主要設計師Thomas Kentischer 博士說。 “我希望這台儀器能成為科學家解答太陽物理學懸而未決問題的有力工具。”

KIS VTF 計畫科學家Matthias Schubert 博士補充說：“這項技術成就的意義如此重大，人們可以輕易地說VTF 是井上太陽望遠鏡的心臟，它終於在永久的位置上跳動了。”

NSO 和KIS 的工程師和科學家正在井上太陽望遠鏡庫德實驗室內對可見光可調諧濾鏡(VTF) 進行調試，為該儀器的首次發射做準備。 VTF 目前處於技術測試的早期階段，其拍攝的早期影像令人印象深刻。隨著第二個標準具的到來，數據品質有望得到改善，之後儀器將進入調試階段。最終，在科學運行過程中，大量的數據處理和解析度將充分發揮其潛力。圖片來源：NSF/NSO/AURA

VTF 是一種成像光譜偏振儀，可以捕捉特定波長的太陽二維快照。不同波長的光在我們眼中呈現不同的顏色－在電磁波譜的光學範圍內，隨著光從紫色到紅色的變化，波長會逐漸增加。

與傳統的光譜儀（將光線像彩虹一樣擴散到全光譜）不同，VTF 使用一個標準具——一對間距精確的玻璃板，間隔數十微米——來調節顏色。透過在奈米級（即十億分之一公尺）調整間距，VTF 可以連續掃描不同的波長，類似於使用不同的濾色鏡拍攝一系列照片。

它使用三個高精度同步攝影機在短短幾秒鐘內拍攝數百張不同顏色的影像，並將這些影像組合起來，建立太陽結構的三維視圖並分析其等離子體特性。

在毛伊島哈萊阿卡拉山頂附近，美國國家科學基金會（NSF）的丹尼爾·K·井上太陽望遠鏡及其一系列尖端太陽儀器（例如可見光可調諧濾光片）將為深入了解我們的恆星奠定基礎。圖片來源：NSF/NSO/AURA

VTF 擁有迄今為止為太陽研究建造的最大的法布里-珀羅標準具，預計第二台標準具將於今年底從KIS 運抵。

「看到第一批光譜掃描結果真是一個超現實的時刻。這是望遠鏡中其他任何儀器都無法實現的，」國家天文台高級光學工程師史黛西·末岡博士說。 「這標誌著數月光學校準、測試和跨洲團隊合作的最終成果。即使只有一個標準具，我們也已經看到了該儀器的潛力。這僅僅是個開始，隨著我們完成系統、集成第二個標準具，並邁向科學驗證和調試，我非常期待看到未來的可能性。”

可見光可調諧濾光片（VTF）位於井上太陽望遠鏡儀器實驗室中央，是此望遠鏡科學儀器套件的最新核心零件。 VTF 已成功連接到井上望遠鏡的光路，並在經過適當的對準和校準後，實現了首次光觀測。圖片來源：NSF/NSO/AURA

此外，光以波的形式傳播，而波可以在不同方向上振盪。偏振測量法是一種測量這些光波振盪方向的技術。將光譜學和偏振測量法結合起來，你不僅能觀察到光的顏色，還能弄清楚光波在每種顏色下的振盪方向。某些特徵，例如太陽磁場，僅憑觀察光的顏色是無法直觀地看到的；但如果光以特定方式偏振，並且我們能夠測量它，就能揭示太陽磁場的隱藏細節，這對於理解太陽耀斑和空間天氣至關重要。 VTF 憑藉其無與倫比的成像、光譜和偏振測量能力，使我們能夠從接收到的太陽光中獲得前所未有的完整圖像。

VTF 的核心任務是透過光譜分離太陽的窄帶影像，以Inouye 提供的最高光譜、空間和時間分辨率- 即，光譜分辨率能夠分辨出小至中心波長十萬分之一的波長範圍；空間分辨率需要10 公里採樣才能對Inouye/VTF 可獲得的太陽最精細細節進行成像時間分辨率為幾秒鐘，可在幾秒鐘內獲取儀器最精細。

這意味著它只需記錄與太陽現象特定屬性相關的一小段特定波長，即可拍攝太陽區域的連續影像。在一次觀測中，它記錄了大約1200萬個光譜，這些光譜可用於確定太陽大氣不同高度的溫度、壓力、速度和磁場強度。由此，可以得出高精度的速度和磁場圖，以追蹤20-40000公里（即12-25000英里）空間尺度上太陽現象的演變。

最後，VTF 的偏振測量功能使我們能夠測量來自成像區域的光的偏振，並由此推斷其磁性。透過關聯所有這些資訊（即空間、時間、光譜和磁場），我們對母星的性質以及驅動太陽現象的機制獲得了前所未有的理解。

「當強大的太陽風暴襲擊地球時，它們會影響全球和太空的關鍵基礎設施。高解析度太陽觀測對於提高對此類破壞性風暴的預測至關重要，」美國國家科學基金會國家太陽觀測站計畫主任凱莉布萊克說。 “美國國家科學基金會井上太陽望遠鏡使美國在全球高分辨率太陽觀測領域處於領先地位，而可見光可調諧濾光片將完善其最初的科學儀器庫。”

太陽就像我們家門口的等離子實驗室。例如，每個人都熟悉極光，它體現了太陽活動對地球的影響——這是太陽釋放的能量和微小粒子與地球磁場相互作用的結果。與地球上的天氣預報類似，我們能夠預測由太陽能量爆發引起的地磁擾動，正是這些地磁擾動形成了這些美麗的極光——但這也可能帶來其他令人擔憂的影響。太空天氣是指由太陽活動驅動的太空條件變化，會影響地球和太空技術。在科技日益發達的地球上，突如其來的太陽風暴可能對關鍵基礎設施造成毀滅性破壞，並使大部分電網、通訊網路或太空系統癱瘓。

「井上太陽望遠鏡的設計初衷是研究太陽作為太空天氣驅動因素的物理基礎。為了實現這一目標，井上望遠鏡是像VTF這樣前所未有的先進儀器的理想平台，」國家天文台主任克里斯托夫·凱勒說道。

為了獲得必要的測量數據，使關鍵預測成為現實，我們需要以原子級精度製造的尖端儀器。開創性的影像光譜偏振儀VTF就是提升我們可靠空間天氣預報能力所需技術飛躍的一個例子。

美國國家科學基金會的井上太陽望遠鏡。圖片來源：NSF/NSO/AURA

丹尼爾·K·井上太陽望遠鏡是世界上功能最強大的地面太陽觀測站，旨在捕捉前所未有的太陽細節。該望遠鏡位於夏威夷毛伊島哈萊阿卡拉山頂，由美國國家科學基金會（NSF）下屬的國家太陽觀測站（NSO）運營，於2020年開始運行。

井上號擁有4公尺主眼鏡，能夠觀測直徑小至20公里的太陽特徵，使科學家能夠以極高的清晰度研究太陽表面、大氣和磁場。其高解析度能力對於增進我們對太陽活動的理解至關重要，例如太陽黑子、太陽耀斑以及可能影響地球基礎設施的太空天氣事件。

井上望遠鏡配備了一套先進的儀器，包括新投入使用的可見光可調諧濾光片（VTF），使科學家能夠詳細分析不同波長和偏振態的太陽光。這些觀測有助於解讀驅動太陽行為的複雜磁場過程。

簡而言之，井上太陽望遠鏡代表了太陽物理學的重大飛躍，提供了研究太陽動態行為和改善影響地球技術和氣候的太陽風暴預測所需的工具。

編譯自/ ScitechDaily