愛里斑：即使在沒有像差的理想情況下，由于光的衍射現(xiàn)象的存在，物上一點(diǎn)所成的像也是一個(gè)彌散光斑，此地稱為愛里斑。愛里斑的大小與光的波長和通光口徑有關(guān)。

在一些拍攝圖片中，往往能看到大氣的色散、畸變、吸收、紅化以及折射效應(yīng)。溫度不同的空氣層，完整的落日畸變成了水平的屋脊?fàn)?。大氣的色散效?yīng)使得落日的頂部浮現(xiàn)出綠色的邊緣。在天文觀測中，大氣色散會(huì)使一個(gè)天體藍(lán)色或綠色的像略高于它黃色或紅色的像。因?yàn)榈仄骄€方向更為強(qiáng)烈的大氣折射，太陽已被扭曲成了橢圓形，而且在地平線方向，濃厚的大氣會(huì)吸收、紅化更多的光。

美國航空航天局(NASA)花了21億美元來擺脫糟糕的大氣視寧度，所以他們把哈勃太空望遠(yuǎn)鏡送上了太空。但是，沒有多少錢的天文愛好者也沒有必要為無法改善模糊、閃爍的影像而灰心。通過學(xué)習(xí)大氣湍流的性質(zhì)以及一些小技巧，你就可以避開它給你帶來的最壞影響。

從大氣的底部用高倍率目鏡觀看恒星，那恒星就會(huì)變成一個(gè)活物。它會(huì)跳躍、顫動(dòng)、連續(xù)地波動(dòng)或者膨脹成一個(gè)模糊的絨球。不管你的望遠(yuǎn)鏡口徑有多大，光學(xué)性能有多完美，很少有晚上望遠(yuǎn)鏡的分辨率能小于1”。更普遍的，在一般的觀測地通常是2“～3”的視寧度，或者更差。

其中的原因并不難懂。通常定義一架“好”的望遠(yuǎn)鏡為所有的光到達(dá)焦點(diǎn)的誤差在1／4波長之內(nèi)。但是在穿過鏡筒1．8米的空氣柱之后，與真空情況相比，光波延遲了800個(gè)波長。很顯然，空氣也是重要的光學(xué)器件，而且也會(huì)對(duì)光的每一部分造成影響。如果鏡筒中某一部分空氣的折射率有細(xì)微的變化，那么1／4波長的精度就會(huì)蕩然無存。事實(shí)上，溫度0．1。c的偏差就足以引發(fā)這種變化。再加上光線抵達(dá)望遠(yuǎn)鏡前穿過的厚厚的大氣層，這足以使我們幻想，我們?cè)跊]有大氣的情況下能看到些什么樣的細(xì)節(jié)呢?

空氣彎曲光的能力，也就是折射率，取決于它的密度，更直接地說是溫度。當(dāng)溫度不同的空氣團(tuán)相遇時(shí)，它們之間的邊界層會(huì)瓦解成漩渦或者渦流，其對(duì)光線的作用就像是薄透鏡。在火焰的上方或者是被太陽烤熱的公路上，你也能看到類似的情況；熱氣流會(huì)使本就糟糕的視寧度更加突出。在擁有各種天氣現(xiàn)象的大氣層中到處充滿了微小的溫度變化，當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡觀測時(shí)，也放大了這些天氣的效應(yīng)。

然而，令人驚訝的是，大多數(shù)的問題都出在靠近望遠(yuǎn)鏡的地方，這樣你就可以控制、減輕甚至消除它對(duì)你的影響。

冷與熱

在離物鏡2．5厘米處往往是視寧度最差的地方。如果物鏡的溫度與空氣的溫度不同，它就會(huì)使自己裹上一層或冷或熱不規(guī)則流動(dòng)的空氣包層。對(duì)于望遠(yuǎn)鏡的其他部分也會(huì)如此。因此，你得花時(shí)間讓望遠(yuǎn)鏡與周圍環(huán)境的溫度保持平衡。天文愛好者很快就發(fā)現(xiàn)，在把望遠(yuǎn)鏡搬到戶外半小時(shí)后，星像就會(huì)變得尖銳。對(duì)于較大型的設(shè)備則需要更長的冷卻時(shí)間，這意味著你得早些把它安裝架設(shè)好。 通常望遠(yuǎn)鏡的溫度會(huì)偏高，尤其是當(dāng)它被存放在室內(nèi)以防在天氣變化時(shí)出現(xiàn)的毀滅性濕氣凝結(jié)，但有時(shí)卻恰恰相反。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡開始結(jié)露或霜時(shí)，你就該知道望遠(yuǎn)鏡通過輻射冷卻，溫度要比空氣來得低。在這種情況下稍稍加熱可以防止望遠(yuǎn)鏡結(jié)露，而且還可使望遠(yuǎn)鏡的溫度升高到空氣的溫度——因此能提高望遠(yuǎn)鏡的分辨力。

望遠(yuǎn)鏡中冷熱空氣的管流是分辨率的真正殺手。管流在反射式望遠(yuǎn)鏡中尤為嚴(yán)重，但是近筒的施密特一卡塞格林以及折射式望遠(yuǎn)鏡也有類似的問題?，F(xiàn)在的天文愛好者傾向于認(rèn)為底部開放的鏡管應(yīng)該盡可能通風(fēng)。在反射鏡底部懸吊一個(gè)風(fēng)扇來加速冷卻并且吹散有關(guān)的空氣。

檢驗(yàn)是否有管流的方法很簡單。將一顆亮星的像調(diào)離焦點(diǎn)，使它形成一個(gè)大而均勻的亮盤。如果有管流存在，則在亮盤上會(huì)出現(xiàn)或亮或暗的細(xì)條紋，而且它們會(huì)慢慢地彎曲盤繞。

望遠(yuǎn)鏡附近

在望遠(yuǎn)鏡前幾米處也存在視寧度的問題。顯然，你應(yīng)該確保你呼吸以及身體所發(fā)出的熱量不會(huì)經(jīng)過光路。這也就是為什么要為開放式鏡筒罩一層布的原因。

望遠(yuǎn)鏡所處的環(huán)境應(yīng)該是低熱容的，只有這樣它們才不會(huì)儲(chǔ)存白天的熱量。所以草地或者灌木叢是比人行道更好的選擇，而且樹木越平整越好。被曬熱的建筑物對(duì)視寧度來說是災(zāi)難性的，尤其是你會(huì)發(fā)現(xiàn)你就像是通過煙囪在觀測。

如果你要建造一個(gè)天文臺(tái)，請(qǐng)使用較薄的建材，例如三合板或者鐵皮，這樣可以快速地冷卻，但不要使用石料。然后把它漆成白色或者淺色來反射太陽的熱量，而且要注意通風(fēng)。地板上要鋪上一塊厚地毯。一個(gè)能敞開整個(gè)房間的卷動(dòng)屋頂可以更快地冷卻，而且比只有一個(gè)狹長觀測窗的天文圓頂有更好的視寧度。如果你堅(jiān)持要造一個(gè)圓頂，那你就要在墻上裝一個(gè)大風(fēng)扇將空氣吹向望遠(yuǎn)鏡，就像專業(yè)天文臺(tái)做的那樣。把天文臺(tái)建在容易被曬熱的屋頂上是不明智的，除非你想自己因?yàn)樵愀獾墓ぷ鞫唤夤?。或者至少你?yīng)該把它建在上風(fēng)口。

靠近地面的地方視寧度通常很差，因此要是你能建造一個(gè)能升降的觀測平臺(tái)將會(huì)取得非常好的效果。如果你能升高幾米，望遠(yuǎn)鏡就能展現(xiàn)出恒星或者行星更尖銳的影像。

高空的視寧度

現(xiàn)在我們來到問題不可回避的核心。對(duì)于數(shù)千米高的大氣你幾乎無能為力，但是你可以預(yù)測它在何時(shí)何地會(huì)變得最平靜。

望遠(yuǎn)鏡使用者能識(shí)別出兩種視寧度：“慢”視寧度和“快”視寧度?！奥币晫幎葧?huì)使得恒星和行星跳動(dòng)或者搖晃；“快”視寧度則會(huì)使它們變成模糊球但卻幾乎不運(yùn)動(dòng)。你可以在“慢”視寧度的情況下看到尖銳的細(xì)節(jié)，因?yàn)槲覀兊难劬苌朴诓蹲竭\(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。但是“快”視寧度則超出了我們眼睛的響應(yīng)時(shí)間。

在愛好者中流傳著一條經(jīng)驗(yàn)，用肉眼通過計(jì)算閃爍恒星的數(shù)目可以判斷視寧度，通常這是有效的。讓恒星閃爍的湍流一般都很靠近地面，但是這一方法對(duì)于高空的“快”視寧度卻無能為力。如果恒星閃爍的速度高于人眼的時(shí)間分辨率(大于0．1秒)，它就會(huì)看上去很穩(wěn)定，但在望遠(yuǎn)鏡中它仍是一個(gè)模糊的絨球。

天文學(xué)家通常所說的“視寧度胞”就是天空中尺度從幾毫米到幾米的空氣渦流。當(dāng)空氣團(tuán)彼此經(jīng)過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生這些渦流——在水平方向的風(fēng)中，或是在垂直方向的對(duì)流里。有時(shí)，當(dāng)我們觀測一個(gè)延展的天體，例如月亮或者行星，你會(huì)看見幾千米高的水平“剪切湍流”層。當(dāng)你調(diào)焦至無窮遠(yuǎn)稍外一點(diǎn)(目鏡離物鏡更遠(yuǎn))時(shí)，這些波動(dòng)就會(huì)變得明顯。這預(yù)示著一個(gè)反變層，其中暖空氣正從下方的冷空氣上流過，但是冷暖空氣的溫差卻可能非常小。

大片的或者緩慢移動(dòng)的渦流可以形成“慢”視寧度，但是它們不會(huì)永遠(yuǎn)保持原樣。無論它們誕生時(shí)的尺寸有多大，它們會(huì)變得越來越小。當(dāng)它們小到毫米尺度的時(shí)候，最終會(huì)因?yàn)榱黧w間的摩擦而耗散掉能量。

尋找穩(wěn)定的大氣

視寧度取決于天氣，但是并沒有一條簡單的規(guī)律可以適用于任何地方。當(dāng)天氣變化、多云、刮風(fēng)以及反常寒冷天氣的前后視寧度都會(huì)變差。任何會(huì)帶來剪切氣流的天氣都是壞消息。一些觀測者認(rèn)為，當(dāng)高氣壓控制某一地區(qū)數(shù)天就會(huì)出現(xiàn)較好的視寧度。繪制一張當(dāng)?shù)氐囊晫幎忍鞖鈭D，你會(huì)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，它將成為你觀測的得力助手。

季節(jié)特征通常更易于預(yù)報(bào)。當(dāng)高緯度地區(qū)高空有氣流經(jīng)過時(shí)，美國北部和加拿大南部的視寧度往往表現(xiàn)一般。最好的視寧度出現(xiàn)在無風(fēng)濕熱的夏夜，此時(shí)空氣中充滿著水分，天空看起來呈白霧狀。一些天文學(xué)家認(rèn)為工業(yè)廢氣也能使空氣穩(wěn)定下來，就像夏天的濕氣——更準(zhǔn)確地講，它伴隨著寧靜空氣出現(xiàn)，而后者會(huì)帶來良好的視寧度。

時(shí)間也扮演著重要的角色，但是同樣沒有一條普遍適用的原理。日落之后的視寧度通常非常好，因此你應(yīng)該在黃昏時(shí)就開始行星觀測。黃昏之后視寧度開始惡化。一些觀測者發(fā)現(xiàn)，午夜之后視寧度又會(huì)有所改善；但是另一些觀測者的看法正好相反。其實(shí)這取決于你所處的地形，夜晚冷空氣會(huì)涌入山谷使那里的視寧度變差，而黎明之后又會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)良好視寧度時(shí)期。

對(duì)于太陽觀測(務(wù)必使用專業(yè)濾鏡)，最佳時(shí)機(jī)是早晨太陽把地面曬熱之前。全天視寧度最差的時(shí)候出現(xiàn)在下午。

地理因素也至關(guān)重要。天文臺(tái)選址委員會(huì)在全世界范圍內(nèi)尋找有平緩片流的地方。地球上最好的地方是面向信風(fēng)吹來方向的山頂，此時(shí)信風(fēng)穿越了數(shù)千千米平坦而寒冷的海洋。你不會(huì)想要山峰的下風(fēng)口，因?yàn)楫?dāng)氣流經(jīng)過山峰之后就會(huì)瓦解成湍流。同樣，你也不會(huì)要地形變化的下風(fēng)口，那里會(huì)不均勻地吸收太陽的熱量。廣闊的平原或者逐漸抬升的山脈也會(huì)帶來和海洋相似的片流，這樣你就可以通過風(fēng)向來預(yù)報(bào)視寧度了。

視寧度的等級(jí)

通常愛好者在自己的觀測日志中主觀地從1～10對(duì)視寧度進(jìn)行評(píng)定，其中l(wèi)最差，10最好。每個(gè)人對(duì)這些數(shù)字可能都有自己的定義。為了統(tǒng)一起見，這兒給出了哈佛大學(xué)天文臺(tái)威廉·皮克林早年所提出來的標(biāo)準(zhǔn)。皮克林使用12．5厘米的折射望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測。對(duì)于更大或者更小的望遠(yuǎn)鏡，他所描述的衍射圓面和衍射環(huán)的大小必須進(jìn)行修正。

1．星像直徑通常是第3衍射環(huán)的2倍(如果第3衍射環(huán)能被看見的話)，直徑為13\"。

2．星像直徑偶爾會(huì)達(dá)到第3衍射環(huán)的2倍(直徑為13”)。

3．星像直徑與第3衍射環(huán)的直徑(6．7”)相當(dāng)，且中心明亮。

4．中央的愛里衍射斑通?？梢?；有時(shí)亮星會(huì)出現(xiàn)衍射弧。

5．愛里斑一直可見；亮星經(jīng)常出現(xiàn)衍射弧。

6．愛里斑一直可見；短衍射弧通?？梢姟?/p>

7．愛里斑有時(shí)很明顯；衍射弧長而且能形成完整的圓形。

8．愛里斑一直很明顯；衍射弧長而且能形成完整的圓形，但總是在變化。

9．內(nèi)衍射環(huán)保持靜止；外衍射環(huán)有時(shí)保持靜止。

10．整個(gè)衍射環(huán)都保持靜止。

以上1～3為差，4～5為中，6～7為良，8—10為優(yōu)。

來自大氣某目標(biāo)物發(fā)現(xiàn)的光線，在向觀察者傳播途中發(fā)生曲折的現(xiàn)象稱地球折射。當(dāng)大氣中溫度的垂直分布出現(xiàn)異常時(shí)，就會(huì)引起空氣密度垂直變化異常，因而產(chǎn)生異常折射。如果下層空氣比上層空氣冷，也就是出現(xiàn)了強(qiáng)烈的溫度逆增時(shí)，光線在這種氣溫隨高度升高因而使空氣密度隨高度銳減的氣層中傳播，會(huì)向下曲折；而光線在氣溫隨高度而降低的氣層內(nèi)傳播，會(huì)向上曲折。實(shí)際大氣溫度的垂直分布復(fù)雜多變，因而會(huì)產(chǎn)生豐富多彩的大氣光象。