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天文臺選址偏愛“苦寒高原” 用大數(shù)據支撐科學指標
發(fā)布日期: 2021-08-27 11:04:46 來源: 科技日報

先來看視寧度。大氣抖動對望遠鏡觀測星象造成的模糊程度,就是視寧度。視寧度越低,天文觀測圖像的成像清晰度越好。

視寧度的監(jiān)測往往采用差分圖像運動監(jiān)測儀的設備。這種設備根據所收集到的星斑的運動統(tǒng)計結果,結合大氣湍流的物理統(tǒng)計模型,就可以反演出臺址上空大氣的視寧度。

決定地基光學紅外望遠鏡能否看到天體的最重要的因素還包括云量遮擋。馮麓介紹,傳統(tǒng)天文觀測有兩種,一種測量天體的亮度,一種是測量天體的光譜。對于測光觀測而言,因為測量的是來自目標天體的光子的絕對數(shù)量,所以一旦在觀測目標和望遠鏡之間出現(xiàn)云,就會減少到達望遠鏡的光子。另外,云層厚的時候也有可能完全接收不到光子。而光譜觀測不需要測量到達的光子的絕對數(shù)量。只要有來自天體的光能被接收,而且強度足夠看到各條譜線的相對位置,這個觀測就是成功的。但如果觀測的天體比較暗,光譜可能也會受一點影響。

所以,天文學家在考察臺址的云量時,一般會把長時間(比如3到6個小時)在天頂方向很大角度范圍里不存在任何云的情況,稱為晴夜,或者測光夜。而在長時間較小范圍內無云,或者少云的情況稱為光譜夜。

馮麓認為,“一個臺址是否優(yōu)良,首先要看的就是它的晴夜和光譜夜占全年的百分比。如果有云,還要看云的分布和有云的時間長短。”

此外,水汽是阻止紅外光穿透大氣的主要因素。評價大氣水汽含量的指標是大氣可沉降水汽含量。它表征了從地面到天頂大氣中水汽的總量,海拔越高越干旱。周圍植被越少的臺址通??沙两邓恳矔黠@較低。水汽的指標測量較為復雜,往往需要在紅外和射電多波段同時進行探測,根據探測結果,結合模型,反演出可沉降水汽含量的絕對值。

“不過,考慮一地是否適合做臺址,要綜合考慮各個參數(shù)之間的關系,在能‘看到’天體的基礎上‘看好‘才行。”馮麓說。

為了讓天文望遠鏡能盡可能不受環(huán)境的影響,近年來,科學家們也在嘗試將自適應光學系統(tǒng)應用于天文望遠鏡中。

馮麓介紹,自適應光學系統(tǒng)可以根據大氣湍流的特征,在望遠鏡光路中對接收到的天體畸變波前進行校正,盡可能降低大氣湍流對成像的影響。同時,為了實時探測大氣湍流,科學家會使用高性能的鈉激光,激發(fā)位于90-110千米高的高空中的鈉原子,使鈉原子產生共振熒光。共振熒光中后向發(fā)射的光子返回地面的過程中,會將大氣湍流照亮,科學家們就可以據此判斷大氣湍流的變化強度,既而進行校正。但這種技術又會受到鈉層在豐度和高度上地域和季節(jié)性變化的影響,同時還會受到像高空風速、地球磁場矢量等與臺址相關的因素的制約。

“但無論如何,下一代地基光學紅外望遠鏡最大的特點就是口徑大,觀測的天體也會更暗。這就要求天文臺臺址在保證可觀測夜數(shù)足夠的前提下,天空背景要更暗,湍流要更小,或者說視寧度越低越好,才能有效發(fā)揮望遠鏡性能。”馮麓說。(科技日報記者金鳳)

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