捕捉这个令人难以置信的星团需要激光和可弯曲的镜子

甚大望远镜(Very Large Telescope)获得了新的自适应光学技术。

这张星光璀璨的照片,其意义远不止于此。上图展示了一个距离地球5500光年的星团,里面既有完全成熟的天体,也有仍在成长的天体。

这张图片是假彩色图片,这意味着同样的区域,如果用肉眼观看,将与现在的描绘大相径庭。这些颜色代表的是红外波长的光,人类无法用肉眼看到。这张名为RCW 38的星团快照,是有史以来拍摄该区域最清晰、最深远的图像之一。而且,这并不是因为他们恰好捕捉到了这个特定星团的“好日子”(或者更准确地说,是“好日冕”)。拍出这样的照片需要出色的摄影设备,这张图片也不例外。

葡萄牙里斯本大学的研究科学家Koraljka Muzic领导了该项目。她的团队使用了位于智利的甚大望远镜(没错,它确实很大。)来定位这个星团。她还使用了HAWK-I相机,发音为“hawkeye”(鹰眼),你可能会惊讶地发现,它的性能只比你的数码单反相机先进一点点。HAWK-I的意思是高分辨率宽视场K波段成像仪。它于2007年安装,当时已经非常擅长拍摄遥远天体的图像。但最近,科学家们为其安装了一个名为GRAAL的升级。而这个升级涉及到了激光。

即使对于HAWK-I这样强大的相机来说,地面望远镜也存在局限性。那就是天空。是的,我们周围的大气层让我们得以呼吸,保护我们免受大量太阳辐射的侵害,并且对地球上的生命起着至关重要的作用。但对于观星来说,它真是太糟糕了。

“大气是湍动的,它会模糊我们的图像。”Muzic说。即使在晴朗的夜晚,大气扰动也会影响天文学家观测恒星,模糊和扭曲他们摄影的对象。变化的风和气流、温度和密度的变化,都会导致空气变得不稳定,影响望远镜对天空的完美观测。正是这些扰动,使得恒星即使在晴朗的夜晚也会闪烁。

GRAAL利用一种称为自适应光学(adaptive optics)的技术来抵消这种湍动。“自适应光学有一个实时计算机,它在计算湍动对波长的影响。”Muzic说。计算机计算出湍动对图像的扭曲程度,然后将信息发送到一个可变形陶瓷镜,这个镜子只有两毫米(0.08英寸)厚,1.1米(3.6英尺)宽。这面薄镜子后面有170个致动器,它们可以轻微地推动镜子,产生与上方混乱天空完全相反的效果。它可以以每秒约800次的速率调整这些致动器,跟上空气本身的变化。

“这使我们能够获得比没有自适应光学时更清晰的图像。”Muzic说。这张照片是新的HAWK-I、GRAAL系统的科学测试的一部分。它很快将为更多的研究机会敞开大门。

为了完成所有这些微小、快速的调整,GRAAL需要一个参考点。“自适应光学要想工作,它需要在你的观测目标内部或非常靠近的地方有一个明亮的恒星。但天空中并不是有很多明亮的恒星。”Muzic说。幸运的是,有另一种选择。“另一种方法是利用激光制造一个人造恒星,”她补充道。

GRAAL有四束激光射向大气层。在上层,每束激光都会激发钠原子,产生足够明亮的光辉来模仿恒星。VLT的计算机可以比较激光理想状态下的样子以及它们实际出现时的湍动状况,并进行快速校正,使图像更清晰、更锐利。

这项技术最早于1953年被提出,直到近几十年,技术才发展到可以在世界各地的望远镜上安装自适应光学系统。研究人员已经开发出了可变形镜,就像VLT使用的那样,还有液态镜,通过磁场控制;将自适应光学技术应用于制造更先进的显微镜;以及,是的,捕捉到了一些美丽的图片

但对于Muzic这样的研究人员来说,这些图像的价值并不仅仅在于它们的美学。

除了照片,还带回了大量数据。Muzic的主要研究兴趣是褐矮星,这是一种介于大行星和小恒星之间的天体。它们曾在附近星团中被发现,但Muzic希望在RCW 38这个更远的星团中找到一些这些暗淡的天体,因为它不像一些更近的星团那样具有相同的环境。她目前正在分析数据,以确定照片中是否存在这些暗淡的天体。

 

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