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大家都愛激光，而比一束激光更棒的莫過于一束從世界上最大的光學(xué)望遠鏡之一的E-ELT（目前仍在建）發(fā)射出的激光了。好吧，可能一只穿越時空出現(xiàn)在天文臺前并威脅你說出即將來襲的小行星的坐標和軌跡的霸王龍所發(fā)出的激光會更酷億點點（對恐龍們來說）。

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距離歐洲極大望遠鏡（E-ELT)發(fā)出第一束光其實還有許多年頭。不過當(dāng)它睜開那只強大又敏感的大眼睛時，它將會是世界上最大的光學(xué)/紅外極大望遠鏡，主鏡直徑達到了驚人的

39.3米（130英尺）。當(dāng)然這面鏡子不是單獨的一整塊大玻璃，而是由798片協(xié)力工作的六角形小鏡片拼接而成。

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但如果沒有一大束激光來幫助它進行觀測，E-ELT如此強大的觀測能力將會全無用武之地,至少也會嚴重受限，內(nèi)力大損。萬幸的是它有，而且相當(dāng)令人震撼。

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E-ELT預(yù)計會在2024年首次投入使用。這張渲染圖展現(xiàn)了望遠鏡的規(guī)模，同時也展示了它直徑39.3米的拼合式主鏡。圖片來自：ESO

像E-ELT這樣的現(xiàn)代望遠鏡使用激光作為它們自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的引導(dǎo)星。沒有激光的

幫助，它們的功能將嚴重受限。

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我們已經(jīng)習(xí)慣了在電腦上瀏覽超級清晰銳利的天文圖像。這大大歸功于哈勃望遠鏡，而已有整整一代人在這些照片的陪伴下長大。但不是每個望遠鏡都能被帶到太空去，最大，性能最優(yōu)異的還是待在地球上。

我們?nèi)庋劭吹降男切菚W，很靈動。但這種閃爍是由于大氣中風(fēng)和溫度的干擾，并會使天文視寧度變差，而E-ELT和其他陸基望遠鏡使用激光引導(dǎo)星和自適應(yīng)光學(xué)（AO）系統(tǒng)來解決這個問題。

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這張圖片示意性地闡釋了天文視寧度的概念，即來自（遠處）物體的光被地球的大氣層所擾動。波前在頂部進入，并穿過非均相的大氣。而在這個過程中，波前會被扭曲并因此得到模糊的成像。r_0和t_0兩個量各表示空間和時間的相干長度。圖片來自：By?2pem-Own?work,?CC?BY-SA?3.0

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來自遙遠恒星的光波是平面波。對于哈勃望遠鏡這樣的太空望遠鏡來說，只需要把平面波聚集到探測器上就行了。但對于E-ELT這樣的地基望遠鏡來說，平面波會受大氣層影響而發(fā)生畸變。激光引導(dǎo)星和AO系統(tǒng)(光學(xué)自適應(yīng)系統(tǒng))使得望遠鏡能夠感知到這種畸變并做出響應(yīng)，使得平面波保持清晰。

激光在天空中形成一顆人造的亮星，這顆星可以被AO系統(tǒng)所觀測到。通過觀測這一人造星，AO系統(tǒng)可以感知到恒星發(fā)出的平面波受大氣擾動畸變的狀況，并給望遠鏡提供通過其變形鏡校正光波所需要的信息。它還可以實現(xiàn)自身的實時校正。

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像哈勃這樣的太空望遠鏡不需要和大氣層勾心斗角，這正是哈勃望遠鏡能夠提供如此優(yōu)異的圖片的原因之一，也正是因此，它能夠把星云和其他瑰麗的遙遠天體的圖片帶到主流文化中來。

但E-ELT需要。它的AO系統(tǒng)和激光引導(dǎo)星實際上使得其圖像質(zhì)量超過了哈勃望遠鏡。事實上，E-ELT的建造者歐洲南方天文臺(ESO)表示，他們的望遠鏡能夠提供比哈勃清晰16倍的圖像。整整16倍！為達到這一目標，它需要匯聚超過人眼1億倍的光，其聚光面積達到了哈勃的256倍。

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這么強大的性能可以做什么呢？可以做的事情很多。

關(guān)于E-ELT，最令人興奮的事情之一會是對系外行星的研究。因為是間接觀測，它可以探測到遙遠地方的地球大小的行星。而它或許還能直接拍攝更大些的行星，甚至幫助表征其大氣。它還將一窺年輕恒星系統(tǒng)中的塵埃帶，觀察行星的形成，甚至探測這些恒星系統(tǒng)中的水與有機質(zhì)。

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? ?藝術(shù)家們對于一顆處于嬰兒期的恒星的印象仍然是它被孕育行星的原行星盤包圍。歐洲極大望遠鏡（E-ELT）能夠讓天文學(xué)家們看到盤的內(nèi)部并觀察行星的形成過程，此外還可以檢測這些盤中的水和有機物質(zhì)。它將增加我們對最早的恒星，星系以及黑洞的認知。來源：歐洲南方天文臺（ESO）

? ?哈勃望遠鏡等眾多望遠鏡已經(jīng)為我們對這些宇宙天體的了解做出了巨大的貢獻，而歐洲極大望遠鏡（E-ELT）有望帶來認知上的又一次飛躍。它甚至可以測量被證實極難測定的宇宙本身的膨脹。

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? ?這僅僅是歐洲極大望遠鏡科學(xué)潛能的部分亮點。經(jīng)驗告訴我們總是會有驚喜發(fā)生。

如果我們認為人類自己在一個前所未有訪問宇宙中遙遠天體的時代以及一個擁有開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)的時代已經(jīng)步入成熟，那就需要等到歐洲極大望遠鏡開始運行。

? ?我們或許最終可以讓哈勃望遠鏡優(yōu)雅地退休。

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相關(guān)知識

? ?極大望遠鏡（ELT）是一座目前正在建設(shè)中的天文臺。一旦建成，它將成為世界上最大的光學(xué)/近紅外特大望遠鏡。作為歐洲南方天文臺（ESO）機構(gòu)的一部分，極大望遠鏡坐落于智利北部阿塔卡馬沙漠中的塞羅?阿馬索內(nèi)斯山山頂。望遠鏡的設(shè)計包括了一臺由一個直徑39.3米（130英尺）分段主鏡和一個直徑4.2米（14英尺）副鏡組成的反射望遠鏡，它將由自適應(yīng)光學(xué)組件，八個激光導(dǎo)星裝置和多種大型科學(xué)儀器支持。

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該天文臺目標收集到比人眼多1億倍的光；比2014年現(xiàn)存最大的光學(xué)望遠鏡多13倍的光，且能夠校正大氣畸變。它的集光面積約是哈勃太空望遠鏡的256倍。根據(jù)極大望遠鏡的規(guī)格，它能夠提供比哈勃太空望遠鏡清晰度高16倍的圖像。該項目最初被稱為歐洲極大望遠鏡（E- ELT），但在2017年被縮短成了現(xiàn)在的極大望遠鏡（ELT）。

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作者：EVAN GOUGH

FY：Astronomical volunteer team

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