常言道“萬物生長靠太陽”，可以說，地球上的一切能源都是直接或間接的來源於太陽。人類的進步離不開太陽，太陽造福著人類，而太陽的劇烈活動也可能給人類帶來災難，對航天器、導航、通訊、長距離電力輸送等都有嚴重的影響。
太陽活動最主要的表現為耀斑和日冕物質拋射，本質為太陽磁場變化而引起的能量釋放、物質團迅速運動、高能粒子發射和相應的輻射增強。為了能夠很好的理解太陽輻射，為空間活動提供預報預警，就需要對太陽進行三維探測。
射電爆發是這些太陽劇烈活動的即時反應，能夠無縫隙地提供太陽擾動在整個日地範圍內資訊。因此在無線電波段進行射電觀測是研究太陽活動及其對日地空間環境影響的一個十分重要的手段。
圖1. 不同觀測頻率對應的太陽空間分佈（圖源：顏毅華）
太陽及其噴射出的物質，填充了整個太陽系，涵蓋了從太陽表面到地球附近，甚至整個太陽系空間。上圖表明瞭在不同觀測頻率下觀測到太陽的不同部分。在不同頻率下相當於觀測到了太陽不同的層次，類似於去剝一個“洋蔥”，頻率越低，觀測的層次約靠外，頻率越高，約接近太陽表面，直到可見光波段，看到太陽光球層，也就是大家肉眼可見的太陽。為了能夠在三維上對太陽進行解析，構建數字化太陽，就必須在射電波段進行探測。
在從日心向外的方向上，可以利用不同的射電頻率觀測，綜合其不同的層次得到完成的太陽資料。在日地連線的方向上，需要採用干涉成像的方法來得到兩維的射電影象。一般的射電望遠鏡的空間解析度可以近似表述為：1.22λ/D，其中λ為觀測波長，D為望遠鏡口徑。因為射電波段的波長遠遠大於光學波段，單一的大口徑天線也無法得到較好的空間分辨。
因此，一般會採用綜合孔徑成像的方法來實現，透過測量太陽訊號到達各個天線的相位差來反求太陽亮度分佈，專門對太陽觀測的射電干涉陣列也稱之為“射電日像儀”。關於太陽射電探測技術的內容可見《太陽射電天文學的觀測技術》（陳林傑），《太陽射電成像的數字相關器》（劉飛）。
與其它的射電源不同，太陽輻射具有一些獨特之處，使得射電日像儀系統有著獨特的設計要求。
訊號的快變性，訊號的變化時標最快可達毫秒級。要求成像觀測只能工作在快照模式，無法透過長時間積分提高信噪比；還要求同時多頻率通道探測，實現類似於“CT”般的成像觀測。
展源特性，太陽大概是個32角分的面源，根據單口徑天線視場公式，為了罩住全日面，天線口徑不能太大。例如日本野邊山日像儀的口徑僅為80cm。
訊號的大動態性。不同頻率下，太陽的訊號動態範圍很大，例如在釐米分米波段，要求接收系統的動態範圍大於30dB。
中科院國家天文臺在明安圖觀測基地建立的明安圖射電頻日像儀（MUSER），就是可以實現太陽三維立體探測的一個射電成像望遠鏡，具備快速多通道對太陽的二維成像觀測能力。
圖2. 明安圖射電頻譜日像儀（MUSER）（圖源：顏毅華 攝）
由射電日像儀獲得太陽觀測二維影象後，對這些不同頻率的分層影象進行處理與三維（3D）重構，對二維影象中的特徵點搜尋，直觀展現太陽不同高度層，給出有效的科學資料展現辦法，實現太陽三維立體空間展示。
圖3. MUSER多通道觀測的太陽爆發（圖源：Chen, Yan, Tan, et al.ApJ, 2019）
作者簡介：王威，中國科學院國家天文臺高階工程，明安圖觀測基地站長，主要研究方向為射電望遠鏡校準方法，射電天文資料處理和影象處理方法等。
文稿編輯：趙宇豪、柒柒
[ 責編：蔡琳 ]
