为什么天文台会发射激光进入宇宙?

科学的唯一目的是减轻人类生存的痛苦,科学家应该为大多数人思考。 - 伽利略

大部分天文台都建在高山上,视野开阔,远离城市光污染。 我们经常看到天文台的圆顶被夜空包围的照片。 每个天文台的圆顶都有一个面向天空的望远镜,天文望远镜。 它是天文台最重要的设备之一。 它强大的集中能力可以弥补我们的不足,帮助我们撬动宇宙的黑暗。 但我们经常可以看到下图中的情况。 天文台正在向宇宙发射激光。 它是干什么用的? 转移能量? 定位是什么? 玩一个小怪物? 我们今天来谈谈这个问题。 这款激光器代表了我们人类最先进的光学技术!

哈勃望远镜和胡克望远镜

无论你手里拿着望远镜,还是以前见过它! 我相信你们都听说过望远镜的“口径”一词。 确实! 在天文学中,望远镜的口径很重要:如果望远镜的直径增加一倍,其聚光能力将增加四倍。 但是,尺寸不是一切。

一个世纪以前,埃德温哈勃在山上使用了着名的胡克望远镜。 威尔逊,直径100英寸(2.5米),是最新的。 摄影技术是当时世界上最强大的望远镜! 哈勃望远镜使用胡克望远镜,拍下下图。 在照片中,哈勃发现仙女座星系远远超出了我们的银河系,是宇宙中一个独立的星岛。 正是这一点,人们才知道宇宙不仅仅是我们自己的星系!

当然,哈勃还使用胡克望远镜发现宇宙正在膨胀! 在人们的脑海中打破宇宙的稳定模型,为大爆炸理论奠定基础!

望远镜:口径不是一切

Hook望远镜的大小当时已经非常棒了,它看起来像是普罗米修斯的外星大炮! 一个世纪之后,最大的光学望远镜只有一个世纪前Hook望远镜直径的四倍,而且世界上大口径望远镜的数量也非常少。

包括我们这一代最伟大的哈勃太空望远镜,小于绿巨人望远镜! 然而,当哈勃望远镜观测到的星系比仙女座星系远100倍时,它可以看到更多的星系细节,甚至能够区分出各个恒星。

为什么小直径哈勃望远镜具有如此高的分辨率有两个原因:

首先,与一个世纪前相比,人们在光学系统方面取得了巨大进步。

摄影底片已被电荷耦合器件(CCD)取代,模拟器件已被数字设备取代,所收集的光可以一次性计数。 简而言之,今天的业余爱好者拥有的设备多于一个世纪前拥有的设备。 这是技术的进步!

第二个原因是哈勃望远镜的位置:它在太空中!

对于天文学来说,去太空观察宇宙有很大的优势。 当我们年轻的时候,我们都知道星星会眨眼。 在地球上,区分行星和恒星的最简单方法是看它是否会闪烁。 如果它没有眨眼,它就是一颗行星。 如果它闪烁,那就是明星! 因为这颗行星非常接近我们并且具有很大的表观尺寸,所以它不会受到大气的影响!

一开始,为什么星星会闪烁。 事实上,人们已经争论了很长时间。 有些理论是由太阳系边缘的奥尔特云引起的。 当然,有人说这只是气氛造成的! 这个问题实际上没有争议。 我会知道什么时候去太空,所以当人们第一次进入太空时,这个问题就会得出结论。

由于地球的大气层是一个湍流的实体,因此从任何角度来看,天然气的分层都会快速上升和下降。 无论是人眼还是望远镜,它都会受到大气的影响而且星光会被扭曲。

为什么天文台会发射激光?

我们不能总是将望远镜发射到太空,因此地面上的天文台将配备一个自适应光学系统,向夜空发射黄橙色激光,以抵消大气抖动对成像的影响。

天文台使用的激光利用了大气的特殊性质:地球大气中的某些元素与特定高度的其他元素分开。 大气中非常稀有的元素是钠,它恰好集中在100公里以上的薄层空气中。

天文台向空气中发射一束钠激光,在特定高度激发钠,产生一种称为激光导航星的人造光源。

激光导航星也被称为人造星。 它发出的光线通过100公里的大气层回到望远镜,并被湍流的大气扭曲。 然后宇宙中其他恒星的光将通过相同的路径到达望远镜。

唯一的区别是导航星由我们自己制作,我们知道它的真实外观,例如:导航星的具体位置,特定波长和它是单点源。 因此导航星为我们提供了真实图像和被大气扭曲的图像之间的参考!

因此,我们可以根据导航星调整望远镜镜头的形状,并将导航星恢复到正确的位置和形状,从而消除大气湍流的影响。 一般过程如下所示:

计算机检测来自导航星的入射光并不断改变镜头的形状,使望远镜能够最大化图像,消除大气的所有负面影响。 整个装置是自适应光学领域最先进的技术,也是自望远镜发明以来地面天文学最具革命性的进步。

自适应光学是由海尔天文台的Horace Babcock于1953年提出的。直到1991年5月,美国军方破译了自适应光学的研究数据,计算机和光学技术就足够了。 开发的自适应光学技术被广泛使用。

摘要:地基天文台的自适应光学技术可与哈勃太空望远镜相媲美。

下图使用最先进的自适应光技术,使照片看起来比太空中的哈勃望远镜更清晰,分辨率更高!

小盒子是天空中的同一个区域。 图的左侧是哈勃的数据,右侧是双子座天文台的数据(使用新的自适应光学技术)。

上图显示了NGC288球状星团的内部。 似乎Keck,Gemini和Like Observatory的自适应光学系统的性能与哈勃望远镜相当! 地面上的天文台可以以前所未有的分辨率观察猎户座大星云的内部。 下图:

所以,下次当你看到天文台(或图片)向宇宙发射激光时,并不是说我们在与外星人作战,攻击遥远的文明,或者将能量送到遥远的地方。 这是我们目前最先进的光学技术!

虽然我们可以将望远镜送到太空,但我们还需要使用最好的技术和最好的能力来获得太空观测台的分辨率而不离开地球。 毕竟,这个成本很小,维护也很好。 方便!

这就是为什么天文台要向天空发射激光。 这不是一个小怪物!

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