判斷在哪里給天文望遠(yuǎn)鏡安家？用大數(shù)據(jù)支撐科學(xué)指標(biāo)

先來(lái)看視寧度。大氣抖動(dòng)對(duì)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星象造成的模糊程度，就是視寧度。視寧度越低，天文觀測(cè)圖像的成像清晰度越好。

視寧度的監(jiān)測(cè)往往采用差分圖像運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)備。這種設(shè)備根據(jù)所收集到的星斑的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合大氣湍流的物理統(tǒng)計(jì)模型，就可以反演出臺(tái)址上空大氣的視寧度。

決定地基光學(xué)紅外望遠(yuǎn)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(cè)有兩種，一種測(cè)量天體的亮度，一種是測(cè)量天體的光譜。對(duì)于測(cè)光觀測(cè)而言，因?yàn)闇y(cè)量的是來(lái)自目標(biāo)天體的光子的絕對(duì)數(shù)量，所以一旦在觀測(cè)目標(biāo)和望遠(yuǎn)鏡之間出現(xiàn)云，就會(huì)減少到達(dá)望遠(yuǎn)鏡的光子。另外，云層厚的時(shí)候也有可能完全接收不到光子。而光譜觀測(cè)不需要測(cè)量到達(dá)的光子的絕對(duì)數(shù)量。只要有來(lái)自天體的光能被接收，而且強(qiáng)度足夠看到各條譜線的相對(duì)位置，這個(gè)觀測(cè)就是成功的。但如果觀測(cè)的天體比較暗，光譜可能也會(huì)受一點(diǎn)影響。

所以，天文學(xué)家在考察臺(tái)址的云量時(shí)，一般會(huì)把長(zhǎng)時(shí)間(比如3到6個(gè)小時(shí))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(cè)光夜。而在長(zhǎng)時(shí)間較小范圍內(nèi)無(wú)云，或者少云的情況稱為光譜夜。

馮麓認(rèn)為，“一個(gè)臺(tái)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(shí)間長(zhǎng)短。”

此外，水汽是阻止紅外光穿透大氣的主要因素。評(píng)價(jià)大氣水汽含量的指標(biāo)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?chē)脖辉缴俚呐_(tái)址通常可沉降水汽含量也會(huì)明顯較低。水汽的指標(biāo)測(cè)量較為復(fù)雜，往往需要在紅外和射電多波段同時(shí)進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果，結(jié)合模型，反演出可沉降水汽含量的絕對(duì)值。

“不過(guò)，考慮一地是否適合做臺(tái)址，要綜合考慮各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，在能‘看到’天體的基礎(chǔ)上‘看好‘才行。”馮麓說(shuō)。

為了讓天文望遠(yuǎn)鏡能盡可能不受環(huán)境的影響，近年來(lái)，科學(xué)家們也在嘗試將自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡中。

馮麓介紹，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)大氣湍流的特征，在望遠(yuǎn)鏡光路中對(duì)接收到的天體畸變波前進(jìn)行校正，盡可能降低大氣湍流對(duì)成像的影響。同時(shí)，為了實(shí)時(shí)探測(cè)大氣湍流，科學(xué)家會(huì)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(chǎn)生共振熒光。共振熒光中后向發(fā)射的光子返回地面的過(guò)程中，會(huì)將大氣湍流照亮，科學(xué)家們就可以據(jù)此判斷大氣湍流的變化強(qiáng)度，既而進(jìn)行校正。但這種技術(shù)又會(huì)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(shí)還會(huì)受到像高空風(fēng)速、地球磁場(chǎng)矢量等與臺(tái)址相關(guān)的因素的制約。

“但無(wú)論如何，下一代地基光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡最大的特點(diǎn)就是口徑大，觀測(cè)的天體也會(huì)更暗。這就要求天文臺(tái)臺(tái)址在保證可觀測(cè)夜數(shù)足夠的前提下，天空背景要更暗，湍流要更小，或者說(shuō)視寧度越低越好，才能有效發(fā)揮望遠(yuǎn)鏡性能。”馮麓說(shuō)。(科技日?qǐng)?bào)記者金鳳)