激光技術(shù)是天文及航天發(fā)展的重要支柱，而澳大利亞國立大學(xué)（ANU）的研究人員正在努力拓寬激光技術(shù)在天文空間領(lǐng)域的應(yīng)用。他們的研究顯示：激光技術(shù)不但可以優(yōu)化地面望遠(yuǎn)鏡影像（自適應(yīng)光學(xué)），亦有助于緩解世界上日益嚴(yán)重的太空碎片問題。

特制的激光設(shè)備可以用光子給廢棄的衛(wèi)星碎片一個(gè)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(fā)生的碰撞。

路基激光系統(tǒng)的藝術(shù)想象圖

Credit: ESO/L. Calada.

激光技術(shù)的應(yīng)用在天文學(xué)中有著悠久的歷史。類似哈勃這樣的空間望遠(yuǎn)鏡之所以能夠捕捉到清晰、壯觀的圖像，是因?yàn)橄噍^地面望遠(yuǎn)鏡，它們避免了大氣擾動 （導(dǎo)致恒星在夜空中“閃爍”的效應(yīng)）。但是空間望遠(yuǎn)鏡囿于火箭運(yùn)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(yīng)光學(xué)技術(shù)，因而擁有更強(qiáng)大的觀測能力。

正如澳大利亞國立大學(xué)教授席琳·迪奧格維爾（Celine D’orgeville）解釋的那樣：“如果沒有自適應(yīng)光學(xué)，地面上觀測到的太空天體像一團(tuán)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(yīng)光學(xué)，這些天體變得更容易被觀測，其圖像也更加清晰。從本質(zhì)上講，自適應(yīng)光學(xué)能夠校正大氣層造成的失真，確保強(qiáng)大的地面望遠(yuǎn)鏡能夠捕捉到清晰的、令人贊嘆的圖像?！?/p>

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(yīng)光學(xué)跟蹤系統(tǒng)的天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測

Credit: Celine D’Orgeville/The Australian National University.

自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的工作原理是通過向天空發(fā)射強(qiáng)大的激光，以激發(fā)太空邊緣鈉層中的粒子（鈉層系由隕石燃燒產(chǎn)生）。從望遠(yuǎn)鏡觀測視角，被激發(fā)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(yuǎn)鏡鏡面便可以進(jìn)行相應(yīng)的輕微調(diào)整從而抵消大氣層對光畸變的影響。為了契合千變?nèi)f化的大氣條件，該矯正過程每秒進(jìn)行數(shù)千次。

使用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)觀測獵戶座大星云

Credit：ESO

這項(xiàng)技術(shù)非常適合被用來觀測在天空中緩慢移動的遙遠(yuǎn)恒星與星系，但澳大利亞國立大學(xué)的研究人員并不滿足于此。他們對自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)不斷改進(jìn)，使其能夠跟蹤在近地軌道快速移動的衛(wèi)星和太空碎片。

當(dāng)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(wèi)星、空間站等）相碰撞（這種情況發(fā)生的頻率遠(yuǎn)比我們想象的要高），那么自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的跟蹤激光可以引導(dǎo)二次紅外激光“擊中”目標(biāo)，進(jìn)而將太空垃圾推離原有軌道，避免慘案的發(fā)生。在全球各地廣泛地布置類似激光系統(tǒng)無疑將大大減少災(zāi)難性碰撞的發(fā)生。

地球軌道上運(yùn)行的物體約95%為太空垃圾（衛(wèi)星碎片）

Credit: NASA.

然而在政治上，該技術(shù)的應(yīng)用勢必會遇到很多阻力！盡管在太空垃圾的問題上進(jìn)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(shù)的同時(shí)，國家之間亦需在技術(shù)管制與國際空間法方面做出突破，以達(dá)成新的國際共識。幸運(yùn)的話，澳大利亞國立大學(xué)的研究可能成為這一領(lǐng)域國際合作新規(guī)則的催化劑。

澳大利亞國立大學(xué)的研究在通信領(lǐng)域也有價(jià)值。其研究項(xiàng)目的一個(gè)商業(yè)合作伙伴，光電系統(tǒng)(EOS)，希望利用該系統(tǒng)開發(fā)衛(wèi)星和地面之間的激光通信。

總的來說，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)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(guān)，既說明激光本身是明亮的，又指出由激光技術(shù)主導(dǎo)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)擁有巨大的發(fā)展前景。]

責(zé)任編輯：毛明遠(yuǎn)

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Credits: ESO APEX NASA