天文|欧洲特大望远镜即将落成，这么多激光有什么用？看完本文就明白了_望远镜|平面波|科技|光学

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。
大家都爱激光，而比一束激光更棒的莫过于一束从世界上最大的光学望远镜之一的E-ELT（目前仍在建）发射出的激光了。好吧，可能一只穿越时空出现在天文台前并威胁你说出即将来袭的小行星的坐标和轨迹的霸王龙所发出的激光会更酷亿点点（对恐龙们来说）。

距离欧洲极大望远镜（E-ELT)发出第一束光其实还有许多年头。不过当它睁开那只强大又敏感的大眼睛时，它将会是世界上最大的光学/红外极大望远镜，主镜直径达到了惊人的
39.3米（130英尺）。当然这面镜子不是单独的一整块大玻璃，而是由798片协力工作的六角形小镜片拼接而成。

但如果没有一大束激光来帮助它进行观测， E-ELT如此强大的观测能力将会全无用武之地,至少也会严重受限，内力大损。万幸的是它有，而且相当令人震撼。

E-ELT预计会在2024年首次投入使用。这张渲染图展现了望远镜的规模，同时也展示了它直径39.3米的拼合式主镜。图片来自：ESO
像E-ELT这样的现代望远镜使用激光作为它们自适应光学系统中的引导星。没有激光的
帮助，它们的功能将严重受限。

我们已经习惯了在电脑上浏览超级清晰锐利的天文图像。这大大归功于哈勃望远镜，而已有整整一代人在这些照片的陪伴下长大。但不是每个望远镜都能被带到太空去，最大，性能最优异的还是待在地球上。
我们肉眼看到的星星会闪，很灵动。但这种闪烁是由于大气中风和温度的干扰，并会使天文视宁度变差，而E-ELT和其他陆基望远镜使用激光引导星和自适应光学（AO）系统来解决这个问题。

这张图片示意性地阐释了天文视宁度的概念，即来自（远处）物体的光被地球的大气层所扰动。波前在顶部进入，并穿过非均相的大气。而在这个过程中，波前会被扭曲并因此得到模糊的成像。 r_0和t_0两个量各表示空间和时间的相干长度。图片来自：By 2pem-Own work, CC BY-SA 3.0

来自遥远恒星的光波是平面波。对于哈勃望远镜这样的太空望远镜来说，只需要把平面波聚集到探测器上就行了。但对于E-ELT这样的地基望远镜来说，平面波会受大气层影响而发生畸变。激光引导星和AO系统(光学自适应系统)使得望远镜能够感知到这种畸变并做出响应，使得平面波保持清晰。
激光在天空中形成一颗人造的亮星，这颗星可以被AO系统所观测到。通过观测这一人造星， AO系统可以感知到恒星发出的平面波受大气扰动畸变的状况，并给望远镜提供通过其变形镜校正光波所需要的信息。它还可以实现自身的实时校正。

像哈勃这样的太空望远镜不需要和大气层勾心斗角，这正是哈勃望远镜能够提供如此优异的图片的原因之一，也正是因此，它能够把星云和其他瑰丽的遥远天体的图片带到主流文化中来。
但E-ELT需要。它的AO系统和激光引导星实际上使得其图像质量超过了哈勃望远镜。事实上， E-ELT的建造者欧洲南方天文台(ESO)表示，他们的望远镜能够提供比哈勃清晰16倍的图像。整整16倍！为达到这一目标，它需要汇聚超过人眼1亿倍的光，其聚光面积达到了哈勃的256倍。

这么强大的性能可以做什么呢？可以做的事情很多。
关于E-ELT ，最令人兴奋的事情之一会是对系外行星的研究。因为是间接观测，它可以探测到遥远地方的地球大小的行星。而它或许还能直接拍摄更大些的行星，甚至帮助表征其大气。它还将一窥年轻恒星系统中的尘埃带，观察行星的形成，甚至探测这些恒星系统中的水与有机质。

艺术家们对于一颗处于婴儿期的恒星的印象仍然是它被孕育行星的原行星盘包围。欧洲极大望远镜（E-ELT）能够让天文学家们看到盘的内部并观察行星的形成过程，此外还可以检测这些盘中的水和有机物质。它将增加我们对最早的恒星，星系以及黑洞的认知。来源：欧洲南方天文台（ESO）
哈勃望远镜等众多望远镜已经为我们对这些宇宙天体的了解做出了巨大的贡献，而欧洲极大望远镜（E-ELT）有望带来认知上的又一次飞跃。它甚至可以测量被证实极难测定的宇宙本身的膨胀。

这仅仅是欧洲极大望远镜科学潜能的部分亮点。经验告诉我们总是会有惊喜发生。
如果我们认为人类自己在一个前所未有访问宇宙中遥远天体的时代以及一个拥有开创性发现的时代已经步入成熟，那就需要等到欧洲极大望远镜开始运行。
我们或许最终可以让哈勃望远镜优雅地退休。

相关知识
极大望远镜（ELT）是一座目前正在建设中的天文台。一旦建成，它将成为世界上最大的光学/近红外特大望远镜。作为欧洲南方天文台（ESO）机构的一部分，极大望远镜坐落于智利北部阿塔卡马沙漠中的塞罗?阿马索内斯山山顶。望远镜的设计包括了一台由一个直径39.3米（130英尺）分段主镜和一个直径4.2米（14英尺）副镜组成的反射望远镜，它将由自适应光学组件，八个激光导星装置和多种大型科学仪器支持。

该天文台目标收集到比人眼多1亿倍的光；比2014年现存最大的光学望远镜多13倍的光，且能够校正大气畸变。它的集光面积约是哈勃太空望远镜的256倍。根据极大望远镜的规格，它能够提供比哈勃太空望远镜清晰度高16倍的图像。该项目最初被称为欧洲极大望远镜（E- ELT），但在2017年被缩短成了现在的极大望远镜（ELT）。
作者：EVAN GOUGH
FY：Astronomical volunteer team
如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除
【天文|欧洲特大望远镜即将落成，这么多激光有什么用？看完本文就明白了】转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

天文|欧洲特大望远镜即将落成，这么多激光有什么用？看完本文就明白了

推荐阅读

电子秤秤称东西为什么不显示重量电子称称重量时不显示怎么回事?

低筋面粉怎么做馒头

荣光s和荣光v的区别，五菱荣光v和五菱之光s谁的动力更强一些

有格调的生活到底是啥样的呢

荔枝桂花糕的做法（桂花）

10种最刮油的茶喝不死你瘦死你

健康水果吃出健康身体（水果食疗）

大丹犬和杜宾犬的区别

根据嘴唇特点教你画出3D小嘴

枸杞何首乌泡酒的功效

有点扎心的心情短语：我一个人过得挺好，面包我有了

可爱的地球的主要内容

皮肤痒痛怎么办呢

子宫内膜异位要综合防治

华兰生物中国股市：A股未来5年有望翻10倍的5大龙头股，潜力不可忽视

家人健康最重要的句子

为心寻找一片牧场

刘亚仁主演电视剧和电影刘亚仁演过的电视电影

石灰给土壤杀虫消毒怎么使用石灰粉土壤消毒

泻黄散治小儿夜啼配方、医案、经典案例