宋媛媛

拒絕星星“眨眼放電”

“一閃一閃亮晶晶，滿天都是小星星，掛在天空放光明，好像千萬(wàn)小眼睛?！比绻阕屑?xì)觀察過(guò)夜空中的星星，你會(huì)發(fā)現(xiàn)正如歌謠中所唱，星星是閃爍的，好像在對(duì)你眨眼睛一樣。你想過(guò)這是為什么嗎？

為了解答這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)做一個(gè)很簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。找一張滿天繁星的圖片，在電腦屏幕上放大。然后我們?cè)谄聊磺胺乓槐K酒精燈，點(diǎn)燃酒精燈。當(dāng)我們透過(guò)火焰的上層看屏幕上的星空?qǐng)D片時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象——圖片中的星星開(kāi)始“眨眼睛”了！

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)星星“眨眼睛”的秘密其實(shí)與“流動(dòng)的空氣”有關(guān)。酒精燈火焰處的溫度高，而酒精燈周圍的空氣溫度低，這種溫度差就造成了酒精燈周圍的空氣流動(dòng)。透過(guò)這片流動(dòng)的空氣，觀察屏幕上的“繁星”，我們就看到它們閃爍起來(lái)了！

與酒精燈附近的空氣流動(dòng)類似，地球大氣中的空氣也經(jīng)常不規(guī)則地流動(dòng)。我們將這種空氣流動(dòng)現(xiàn)象稱為“湍流”。我們乘飛機(jī)時(shí)遇到的“顛簸”就是湍流造成的。當(dāng)遙遠(yuǎn)的星光進(jìn)入大氣層時(shí)，大氣層中的湍流會(huì)使光線不斷彎曲，我們看上去就像星星在“眨眼睛”。在多風(fēng)或溫度較高的夜晚，星星的閃爍會(huì)更加明顯。

星星“眨眼睛”對(duì)于用肉眼觀星的天文愛(ài)好者來(lái)說(shuō)影響不大，反而為觀測(cè)增添了一些趣味性。不過(guò)，對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，這可是一個(gè)令人頭痛的問(wèn)題。如右圖，當(dāng)雙星的星光穿過(guò)大氣層，被地面上的望遠(yuǎn)鏡接收后，得到的圖像竟然是兩團(tuán)模糊不清的斑點(diǎn)。所以，在天文觀測(cè)領(lǐng)域有一個(gè)詞常被提起，即視寧度。它指的就是大氣湍流的寧?kù)o程度，視寧度越好，大氣越平穩(wěn)，望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的天體越清晰。

說(shuō)到這里你可能會(huì)有疑問(wèn)：我們平時(shí)用小型望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)月球、金星、木星等天體時(shí)，得到的圖像非常清晰呀？這里要說(shuō)明，我們觀測(cè)的這些天體距離我們都很近，它們能夠進(jìn)入大氣層的光線很多，不容易被湍流影響。所以，我們從沒(méi)見(jiàn)過(guò)這些近地天體“眨眼睛”。但是在滿天星斗之中，更多的是距離我們非常遙遠(yuǎn)的恒星，它們發(fā)出的光線要經(jīng)過(guò)十幾年、幾十年，甚至上萬(wàn)年才能到達(dá)地球。在這漫長(zhǎng)的旅途中，它們的光線已經(jīng)在宇宙空間中消散了不少，到達(dá)地球時(shí)，微弱的光線還要經(jīng)受大氣層的考驗(yàn)！在湍流的作用下，這些光線變得彎曲，再被地面望遠(yuǎn)鏡接收到時(shí)，就形成了模糊不清的圖像。

那該怎么辦呢？科學(xué)家們索性就把望遠(yuǎn)鏡的鏡面也設(shè)計(jì)成了彎曲的形狀。這樣一來(lái)彎彎曲曲的光線經(jīng)過(guò)這種特殊鏡面的反射，反而被修正了。這種技術(shù)就叫作“自適應(yīng)光學(xué)”，利用放在望遠(yuǎn)鏡后端的小變形鏡來(lái)校正大氣湍流引起的圖像變形。自適應(yīng)光學(xué)校正頻率非常高，可以說(shuō)是配在望遠(yuǎn)鏡上的一套高科技附件。

是不是很神奇？！很多大型的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡都使用了這種自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，如口徑8.2米的甚大望遠(yuǎn)鏡、口徑8米的雙子望遠(yuǎn)鏡和口徑10米的凱克望遠(yuǎn)鏡等。這些大口徑的望遠(yuǎn)鏡采用了復(fù)雜的光學(xué)技術(shù)，除了要消除大氣的影響，還要校正自身因重力等因素導(dǎo)致的形變，以此達(dá)到完美的成像效果。

不過(guò)你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，在我們生活的城市里，根本不會(huì)出現(xiàn)這些大型望遠(yuǎn)鏡。天文臺(tái)往往都會(huì)建在人煙稀少的高山上，這是為什么呢？其實(shí)地面上的望遠(yuǎn)鏡會(huì)受到很多環(huán)境因素和人為因素的影響。想一想如果你是天文學(xué)家，要建造一座天文臺(tái)，你會(huì)考慮哪些因素？將它建在哪里呢？

尋找“暗中之暗”

如果問(wèn)問(wèn)我們的父母、祖父母，他們小時(shí)候看到的夜空是什么樣的？他們一定會(huì)給你描述一條美麗如光帶般的銀河、一片璀璨如珍珠流灑般的星空……可是，這些美麗的景象如今在城市中已很難見(jiàn)到了——因?yàn)槊髁恋臒艄?。城市?jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，夜晚就越“明亮”，各式各樣的燈光點(diǎn)綴著城市的夜晚，十分漂亮。不過(guò)，科學(xué)家們卻指出：過(guò)量的燈光會(huì)給人和自然生態(tài)環(huán)境造成一定的傷害，同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重影響天文觀測(cè)。他們?yōu)檫@種來(lái)自“光”的危害取名為“光污染”。

如果你去草原、山區(qū)等遠(yuǎn)離城市的地方旅行，夜晚大概可以看到3000多顆恒星！在光照較少的郊區(qū)或鄉(xiāng)村，夜晚我們大約能看到200顆恒星。而在城市中，夜晚我們只能看到零星幾顆恒星。

光污染使我們能看到的星星數(shù)量急劇減少。在望遠(yuǎn)鏡被發(fā)明出來(lái)不久后，很多城市中都建造了天文臺(tái)，比如法國(guó)的巴黎天文臺(tái)、英國(guó)的格林尼治天文臺(tái)等。如今，因?yàn)槌鞘械陌l(fā)展和燈光的影響，這些早期的天文臺(tái)已經(jīng)無(wú)法再進(jìn)行專業(yè)的天文觀測(cè)了。1958年，北京天文臺(tái)在北京回龍觀地區(qū)建設(shè)了沙河天文觀測(cè)站。這里曾承擔(dān)著觀測(cè)“東方紅”系列衛(wèi)星的重要任務(wù)。然而隨著城市的擴(kuò)張，沙河天文觀測(cè)站逐漸失去了天文觀測(cè)的功能。了解了這些，你應(yīng)該知道為什么天文臺(tái)或者觀測(cè)站要選址在沒(méi)有光污染的地方了吧！

尋找一片晴天

找到?jīng)]有光污染的寶地后，科學(xué)家們還要考慮什么問(wèn)題呢？如果一個(gè)地區(qū)常年多云多雨或者常受霧霾、沙塵暴的干擾，星星也是很難“現(xiàn)身”的。大氣中的氣體分子、塵埃和水滴等會(huì)將某個(gè)方向上的光線散射到四面八方，從而減弱了星光的強(qiáng)度。所以，天文臺(tái)的選址還要找氣象學(xué)家來(lái)幫忙，當(dāng)?shù)氐脑屏?、年晴天?shù)和年降水量也是必須要考慮的。云量少、晴天多、降水少的地區(qū)更適合天文觀測(cè)。

觀星者的“天涯海角”

天文臺(tái)選址是一項(xiàng)非常重要的工作，往往需要數(shù)年的時(shí)間。我國(guó)云南天文臺(tái)高美古觀測(cè)站位于海拔3200米的高原，視寧度好、遠(yuǎn)離光污染，而且每年平均有250多個(gè)晴夜，是非常理想的天文觀測(cè)地。還有西藏阿里天文觀測(cè)基地，地處海拔5100米的高原，觀測(cè)條件絕佳。國(guó)外也有很多觀測(cè)條件非常好的天文臺(tái)，比如甚大望遠(yuǎn)鏡所在的智利沙漠地區(qū)，是地球上最干燥的地區(qū)，也是非常理想的天文觀測(cè)地。

根據(jù)我們前面講的天文臺(tái)選址要素，你能想到地球上最好的天文觀測(cè)地在哪兒?jiǎn)?？答案是南極！南極雖然寒冷，但那里的大氣條件非常理想，最重要的是南極有極夜現(xiàn)象，可以連續(xù)4個(gè)多月不間斷地進(jìn)行天文觀測(cè)。目前，我國(guó)已在南極大陸最高點(diǎn)的昆侖站建設(shè)了三臺(tái)50厘米口徑的大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡。這些望遠(yuǎn)鏡不需要科學(xué)家現(xiàn)場(chǎng)值守，只需遠(yuǎn)程控制就能在低溫環(huán)境下完美地完成天文觀測(cè)任務(wù)！

為了逃離波動(dòng)的大氣和光污染，人類煞費(fèi)苦心，把天文臺(tái)搬到了各種無(wú)人之境。高山、南極，還有太空！太空，沒(méi)有大氣層的干擾和光污染的影響，觀測(cè)條件顯然是最好的?，F(xiàn)在我們看到的很多高清天體照片都來(lái)自太空望遠(yuǎn)鏡，這些太空望遠(yuǎn)鏡各司其職，在不同的波段下為人類探尋著宇宙的奧秘。負(fù)責(zé)光學(xué)波段觀測(cè)的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，為我們帶來(lái)了大量震撼的星空美景，負(fù)責(zé)X 射線波段觀測(cè)的“慧眼號(hào)”硬X 射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡則為我們探測(cè)到了中子星、黑洞、引力波等。

現(xiàn)在你知道為什么星星會(huì)說(shuō)“想見(jiàn)我，沒(méi)那么容易”了吧？！正是科學(xué)家們歷經(jīng)百年的探索，才在重重阻礙之下為我們“摘”得了一顆又一顆星！