为庆祝中国共产党成立105周年,讴歌党的光辉历程,展现我院职工矢志科技报国、潜心科研攻坚的昂扬风貌,引导广大职工传承红色基因、勇攀科技高峰,为加快抢占科技制高点、建设科技强国作出更大贡献,中国科学院工会举办了“初心如磐跟党走 科技报国启新程”主题诗文书画摄影大赛。现将优秀作品线上展示。
追光逐日:在海拔3200米与一粒尘埃“较劲”的日子
在云南丽江海拔3200米的丽江天文观测站,空气稀薄得让人稍一快走就气喘吁吁。这里离天空很近,离喧嚣很远,却是我们“追光者”离太阳最近的地方。作为一名从事地基日冕仪研制与观测研究的科研人员,我至今记得那些与一粒粒微尘“斗智斗勇”的日夜—它们小到肉眼几乎看不见,却曾像一片浓雾,遮住了我们窥探太阳真容的眼睛。
日冕仪,这台通过人工掩体遮挡太阳日面来观测百万分之一亮度日冕的仪器,是空间天气预警的“前哨”。然而,它的物镜长期暴露在户外,总会积攒一层肉眼几乎看不见的尘埃。别小看这些微米级颗粒——当阳光照射时,它们会产生强烈的向前散射光,在日冕图像上叠加一层动态变化的“雾气”,把真实的冕流、极区冕洞等结构扭曲得面目全非。

工作人员现场查看日冕仪镜面尘埃情况
2022年冬天,我们在处理日冕仪早期数据时,发现图像信噪比低得惊人,一些本应清晰可见的冕流结构几乎被背景噪声淹没。起初我们怀疑是探测器出了问题,但反复标定后,一切指标正常。当我们调出监控通道的图像时,所有人都倒吸一口凉气——物镜表面密密麻麻布满了散射光点,像夜空中的繁星。原来,正是这些不起眼的尘埃,成了我们最大的“敌人”。传统的解决办法很简单:打开仪器,人工清洁物镜。但在高海拔台站,每一次开盖都意味着引入新的污染风险,而且频繁清洁会损伤镜面。更重要的是,尘埃的积累是动态的——刚擦干净,一场风来,又落一层。我们迫切需要一种不依赖人工、能实时扣除尘埃散射背景的智能方法。

日冕仪镜面尘埃像,(a)原始监测图像,(b)高通滤波后,(c)自适应阈值检测结果及放大细节
那段时间,我们泡在光学实验室里搭建双光路监测系统,晚上就对着海量数据发呆。从原理上讲,我们需要知道每一粒尘埃的位置和散射强度,再通过光学点扩散函数卷积计算出它在图像上造成的“雾气”分布,最后从原始图像中减去。说起来简单,做起来却困难重重:尘埃的散射模型该用什么函数?如何确定一个统一适用的弥散宽度?如何从监测图像中准确分离出尘埃的微弱信号?一次次的尝试,一次次的失败。我们没有放弃,因为深知,这不仅是日冕仪仪器的瓶颈,也是所有地基日冕仪共同的难题。如果能攻克它,就能为下一代大口径日冕仪铺平道路。

云南天文台丽江日冕仪
转机出现在一个深夜。我们在对比不同散射核宽度的残差图像时,发现当弥散参数取0.63倍太阳半径时,极区日冕洞的残余噪声出现了明显的“凹陷”——这就像在黑暗的房间里突然找到电灯开关,我们知道,方向对了!经过反复迭代优化,我们最终建立了一套基于双光路实时监测与正向物理建模的杂散光校正方法。利用日冕仪独特的物镜成像通道,我们像给日冕仪装了一台“内窥镜”,实时捕捉每一粒尘埃的位置;再通过高斯型点扩散函数卷积前向重构出散射背景,最后用物理上最“干净”的极区日冕洞作为天然定标场,精确扣除噪声。
第一次看到校正后的图像时,那些曾被“雾气”掩盖的冕流结构,像被擦去灰尘的宝石,清晰地呈现在屏幕上。与SDO/AIA空间卫星的对比验证显示,我们的图像与它的角向分布几乎完全重合。文章投稿后,审稿人讲:“这是一项很不错的研究工作,我很乐意去审。”
这一刻,我深深体会到:科学家精神,就是在最枯燥的重复中坚守,在最微小的细节里较真。一粒尘埃,可以遮蔽太阳,但挡不住我们探索宇宙的初心。站在丽江观测站的圆顶下,看着远方云海翻涌,我常常想起那首老歌:“虽然很累,但很值得。”是的,追光的路从来不易,但每当想到我们的工作能为空间天气预报多争取几小时的预警时间,能为解开“日冕加热”这个百年谜题贡献一份力量,所有的疲惫都烟消云散。
今年是中国共产党成立105周年,也是“十五五”开局之年。作为一名普通的科技工作者,我将继续扎根西部高原,用手中的仪器和代码,践行“初心如磐跟党走,科技报国启新程”的誓言。因为我们知道,在海拔3200米的地方,离太阳更近,离梦想也从不遥远。
