激光技術是天文及航天發展的重要支柱，而澳大利亞國立大學（ANU）的研究人員正在努力拓寬激光技術在天文空間領域的應用。他們的研究顯示：激光技術不但可以優化地面望遠鏡影像（自適應光學），亦有助于緩解世界上日益嚴重的太空碎片問題。
特制的激光設備可以用光子給廢棄的衛星碎片一個輕微的“推力”，所提供的能量剛好足夠改變其軌道，以防止可能發生的碰撞。
路基激光系統的藝術想象圖
Credit: ESO/L. Calada.
激光技術的應用在天文學中有著悠久的歷史。類似哈勃這樣的空間望遠鏡之所以能夠捕捉到清晰、壯觀的圖像，是因為相較地面望遠鏡，它們避免了大氣擾動 （導致恒星在夜空中“閃爍”的效應）。但是空間望遠鏡囿于火箭運載器限制，鏡面大小有限。地面上的天文臺憑借其更大的口徑和自適應光學技術，因而擁有更強大的觀測能力。
正如澳大利亞國立大學教授席琳·迪奧格維爾（Celine D’orgeville）解釋的那樣：“如果沒有自適應光學，地面上觀測到的太空天體像一團模糊的光。這是由于地球的大氣層扭曲了從天體射來的光線。但有了自適應光學，這些天體變得更容易被觀測，其圖像也更加清晰。從本質上講，自適應光學能夠校正大氣層造成的失真，確保強大的地面望遠鏡能夠捕捉到清晰的、令人贊嘆的圖像。”
席琳·迪奧格維爾研究員在斯特朗洛山天文臺使用配備自適應光學跟蹤系統的天文望遠鏡進行觀測
Credit: Celine D’Orgeville/The Australian National University.
自適應光學系統的工作原理是通過向天空發射強大的激光，以激發太空邊緣鈉層中的粒子（鈉層系由隕石燃燒產生）。從望遠鏡觀測視角，被激發的鈉原子如同一顆明亮的人造恒星——明亮到其射回的光線足以用來測量大氣層扭曲光線的程度。
通過這些信息，地面望遠鏡鏡面便可以進行相應的輕微調整從而抵消大氣層對光畸變的影響。為了契合千變萬化的大氣條件，該矯正過程每秒進行數千次。
使用自適應光學系統觀測獵戶座大星云
Credit：ESO
這項技術非常適合被用來觀測在天空中緩慢移動的遙遠恒星與星系，但澳大利亞國立大學的研究人員并不滿足于此。他們對自適應光學技術不斷改進，使其能夠跟蹤在近地軌道快速移動的衛星和太空碎片。
當一塊太空垃圾將要與近地軌道的其他物體（如太空垃圾、人造衛星、空間站等）相碰撞（這種情況發生的頻率遠比我們想象的要高），那么自適應光學系統的跟蹤激光可以引導二次紅外激光“擊中”目標，進而將太空垃圾推離原有軌道，避免慘案的發生。在全球各地廣泛地布置類似激光系統無疑將大大減少災難性碰撞的發生。
地球軌道上運行的物體約95%為太空垃圾（衛星碎片）
Credit: NASA.
然而在政治上，該技術的應用勢必會遇到很多阻力！盡管在太空垃圾的問題上進行全球合作能夠帶來明顯的成效，但誤用變軌激光器很可能會造成外交難題。因此，在完善技術的同時，國家之間亦需在技術管制與國際空間法方面做出突破，以達成新的國際共識。幸運的話，澳大利亞國立大學的研究可能成為這一領域國際合作新規則的催化劑。
澳大利亞國立大學的研究在通信領域也有價值。其研究項目的一個商業合作伙伴，光電系統(EOS)，希望利用該系統開發衛星和地面之間的激光通信。
總的來說，自適應光學系統正在把激光變成我們在太空探索中最有用的工具之一，它們的未來是光明的。
[譯者注：此處的“光明”系雙關，既說明激光本身是明亮的，又指出由激光技術主導的自適應光學系統擁有巨大的發展前景。]
責任編輯：毛明遠
————— END —————
『天文濕刻』 牧夫出品
半人馬A
Credits: ESO APEX NASA
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
