天空之光

“一闪一闪小星星”是让天文学家皱眉的词语。闪烁发生是因为朝向地球的光线每次穿过一层比上面一层温度不同的大气层时都会弯曲。看看猎户座最亮的星星，它在三月初午夜（本月晚些时候是晚上11点）左右在西南地平线上方闪烁。它看起来很美，但对科学来说却是一场噩梦：在望远镜中，跳动的图像看起来是模糊的。

有两个解决方案，但都不是容易的。一个是将仪器放置在大气层之上，这就是为什么有哈勃空间望远镜。另一个是使用光学技术来消除湍流的影响。这种方法有一个巨大的优势：它可以从现有的地面天文台获得更清晰的视图。

消费者已经可以购买能够自动消除图像抖动和晃动的摄像机或双筒望远镜。通过使用抗震陀螺仪或一组浮动的内部镜头，即使在用户在移动的汽车中颠簸时，双筒望远镜也能提供稳定的视野。一些摄像机则采用电子技术操纵图像本身来抵消抖动。然而，天文学家面临的挑战要大得多，因为图像的各个部分会不断以不同的方式失真，而不是同步晃动。

经过多年的发展，一种被称为自适应光学的抗闪烁技术现在正在全球大多数主要天文台上线。“现在的凯克天文台的自适应光学设备提供的图像与哈勃望远镜的一样清晰，”劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的红外天文学家布鲁斯·麦金托什说。当设备启动时，夏威夷莫纳克亚山顶的双凯克望远镜的图像比以前清晰了10倍。

凯克二号望远镜显示海王星模糊（左）。增加自适应光学可以使云层清晰聚焦（右）。照片由劳伦斯·利弗莫尔国家实验室/W.M. 凯克天文台/美国国家科学基金会自适应光学中心/加州大学圣克鲁兹分校提供

这个自适应光学系统通过一个柔性次镜反射主图像。微小的活塞或致动器推动或拉动镜子的部分，像一副可扭曲的眼镜一样快速变形，以补偿每时每刻的大气湍流。一个传感器分析入射光线，并协调349个致动器的狂乱运动，这些致动器每秒调整数百次，以保持图像的各个部分对齐。

在最新的发展中，加州汉密尔顿山利克天文台的研究人员正在使用激光束激发大气层高处一小片钠原子。这个遥远的黄色光辉充当一个人造参考星，使自适应光学传感器能够精确测量天文台的大气畸变。利克天文台的原型已经提供了非常清晰的星系中心图像，其他天文台也很快计划在天空中拥有自己的人造恒星。

对于最大的望远镜来说，自适应光学系统只在红外波段工作。红外射线比可见光受大气畸变的影响要小，但巨大的镜子会截获如此宽范围的湍流空气，以至于致动器几乎跟不上，即使在红外波段也是如此。因此，自适应光学无法在天文学家最可能需要它的地方提供帮助：清除最新的超大型望远镜的可见光图像，这些望远镜的镜面宽度超过15英尺。麦金托什认为，这项技术修复还需要“至少几年”时间。

军队采用相关的图像校正技术来提高从太空的视野清晰度。在20世纪80年代，美国的KH-11间谍卫星分辨率不到一英尺——足以探测到一个人的头部，但无法探测到头顶的秃斑。更新的卫星可能能够施加这种“侮辱”。与此同时，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员开发了自适应光学眼镜，可以将正常视力提高一倍，达到20/10。

如果这些趋势继续下去，几年之内，地面天文台的表现将超越今天的空间望远镜。而视力有问题的人们可能终于能够享受那种古老而又令人恼恼的、恒星闪烁的景象了。