科学家通过向天空发射激光提升望远镜性能(2)

时间:2015-01-26 09:22来源:中国科学报作者:yeyan 点击:
------分隔线----------------------------

摘要:  Max的直觉是奋力争取:利用她得天独厚的集热情和决心于一体的性格优势。就目前而言,Max正赢得胜利。加州大学洛杉矶分校天文学家Andrea Ghez表示,

关键字:激光,激光器,激光技术

  Max的直觉是奋力争取:利用她得天独厚的集热情和决心于一体的性格优势。就目前而言,Max正赢得胜利。加州大学洛杉矶分校天文学家Andrea Ghez表示,经过30年在追求自适应光学系统过程中的劝服和共识建立,Max具备了一种本能:将工程师、学术界人士、资助方领导、大学行政人员和其他所有在事关望远镜决策上拥有话语权的人联系起来。

 

  第一束光线

  1983年,Max成为国防咨询小组Jasons的一员。来自Jasons的科学家定期碰面,就国家安全提供技术建议,当然通常是为国防部服务。Max参加的首次会议便是解决美国空军的需求:识别潜在的敌对卫星。然而,即使是晴空万里,并且有好的望远镜助力,大气湍流也会将角直径小于约1角秒的任何细节抹掉。

 

  天文学家已经提出了一个可能的解决办法:能反射进入望远镜的光线并在电脑控制下发生变形的变形反射镜。理论上,反射镜的畸变会精确地抵消大气产生的畸变,从而将图像恢复到几乎完美的状态。不过,这种畸变首先要被测量出来,最好通过观察大气对目标附近明亮的导引星产生的影响来计算。然而,五角大楼感兴趣的那些快速移动的目标附近,并非总是有明亮的星星可用。

 

  这就是为何空军向Jasons求助。Max和同事在一份机密报告中提供了解决方案:只须沿着望远镜的轴向夜空发射激光。如果激光被调节到恰当的波长,光束随后会遇到漂浮在大气层上空约90公里处自然形成的钠原子层,并且使钠发出荧光,从而产生在地面可见的亮黄色斑点。这在效果上相当于夜空中随处可用的导引星。

 

  不过,Max更进一步。她知道钠激光导引星对天文学家来说也是极其宝贵的,便提出了一个空军并未要求但更适合研究需要的附加设计。不幸的是,该设计同所有其他钠激光导引星技术一样成为机密。于是,Max和志同道合的空军科学家在接下来的7年里游说军队披露这些信息。最终,他们胜利了:1991年,空军科学家Robert Fugate被允许在天文学会的一次公开会议上介绍了人工导引星。

 

  然而,尽管所有天文学家对此有着极大热情,但该系统对技术要求很苛刻,且花费颇高,并需要那些无法负担的高校自己开发。因此,在该技术解密不久,Max便意识到天文学家需要原理循证研究。在和同事Herb Friedman共进午餐时,Max想出了一个主意:“我们来自劳伦斯利物莫国家实验室,作的就是激光研究。”

 

  的确,该实验室有一台巨大的地下激光器。它通常被用来分离同位素,但能被调节到钠的波长。于是,Max和Friedman把激光隧道顶部的一个盖子移开,然后放置一面通过洞口将激光反弹回夜空的镜子。随后,他们在光束旁边架上一台小型望远镜,以寻找人工导引星并且测量大气湍流造成的波前扭曲。下一步是要掌握激光系统在真正的望远镜上发挥作用所需的复杂光学和工程技术。上世纪90年代中期,Max和同事在UCO利克天文台展示的原型最终证明,至少在长波光线上,该系统能使天文台的3米望远镜达到最好的分辨率。

 

  不过,即使这样,也无法劝服天文学家接受这项技术。于是,Max意识到该技术需要一个“实践共同体”,用户在此能学习如何建造激光引导星。该想法变成一个由来自国家科学基金会(NSF)500万美元、为期10年的项目所资助的自适应光学中心,并在1999年成立最终由Max领导的圣克鲁兹校区。Max介绍说,到2010年,当资助结束、中心不得不关门时,它已由起初的几个人发展成后来的近百人。

 

  追求更好分辨率

 

  望远镜越大,其能从自适应光学系统中获得的优势便越多。在对天文学尤其有用的1微米波长时,哈勃太空望远镜的2.4米镜片能产生分辨率在0.11角秒的图像。而在激光导引星的帮助下,利克天文台3米望远镜能做到更好,达到0.08角秒。8米望远镜则可以直接达到0.03角秒,性能几乎好过哈勃的4倍。

 

  这种视觉敏锐度能使天文学家追踪绕银河系中心黑洞运行的恒星,获得其他恒星附近地外行星的图像,观察那些被称为棕矮星的普通低质量恒星,并且继续开展很多其他曾经不可能的研究。

 

  不过,该系统将对目前正在建设中的20~40米望远镜影响最大,其包括均位于智利的欧洲极大型望远镜和巨型麦哲伦望远镜以及30米望远镜。如此大型的望远镜能收集到足够的光线来研究一些模糊的、遥远的物体,但如果其分辨率只有1角秒,那就对不起它们数十亿美元的花费了。

 

  高昂的花费也是只有3台这样的巨型望远镜的原因所在,而这反过来又意味着将来只有极少数天文学家能使用它们。与此同时,那些来自不属于任何一个大型项目的研究机构的“贫穷”天文学家,正在失去使用3米和4米望远镜的机会,即使这些小型仪器对大规模巡天观测或相对较近物体的针对性观测来说是非常理想的工具。NSF以预算有限和需要投资大型项目为由,已经撤销了对小型光学望远镜项目的资助。

 

  UCO同样面临现金危机。2013年,教务长Aime Dorr宣布,由于建设30米望远镜耗资巨大,加州大学对利克天文台的资助将在5年内结束。天文学家对此表示了强烈抗议。于是,去年秋天,Max以走进Dorr办公室并询问“我们怎样做才能实现双赢”的方式开始了临时台长的任期。Dorr非常愿意尝试,因为在她看来,Max不仅“可信、正直、诚实、谦逊”,而且能创造至少前任台长表示无法实现的预算。在接下来的几个月里,Max整理了UCO复杂的合作关系和预算,寻找不同的资助来源,抚平暴发的抗议,并且使加州大学恢复了对利克天文台的资助。

 

  Max下一个工作重点是为利克天文台和凯克望远镜设计一套复杂的战略规划。她决定在加州大学宣布UCO常任台长的人选时提出这个规划。新的台长或许会是Max,因为她已经申请了该职位。但如果不是,Max表示自己将回归一直担任的天文学家—工程师—共同体建设者角色。同时,她正致力于研究既能校正大气产生的畸变又能拓宽视野范围的多激光自适应光学系统。Max还在培训一批出色的研究生,而他们既懂得仪器又知晓天文学。

【激光网激光门户网综合报道】( 责任编辑:huahua )
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------

【媒体须知】凡注明"来源:激光门户网portalaser.com.cn"的作品,包括但不限于本网刊载的所有与激光门户网栏目内容相关的文字、图片、图表、视频等网上内容,版权属于激光门户网和/或相关权利人所有,任何媒体、网站或个人未经激光门户网书面授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品;已经书面授权的,应在授权范围内使用,并注明"来源:激光门户网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。

【免责申明】本文仅代表作者个人观点,与激光网激光门户网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。本网转载稿件或作者投稿可能会经编辑修改或者补充, 如有异议可投诉至:Email:portallaser@qq.com

Copyright   2010-2035 portalaser.com.cn Inc. All rights reserved.激光门户 版权所有
鄂ICP备2022018689号-1