这事得从折射定律开始说起。当光穿过密度不一样的介质的时候会发生偏折,偏离原来的传播方向,就像这样:
而空气,不是铁板一块的。随时随地都会产生湍流。对的,就是坐飞机的时候空姐经常说的“颠簸”的原因。飞机飞过之后的空气、风扇吹出来的风都可以算是湍流。
以上的是大的湍流,空气里还有小的湍流,可能因为空气上下温度不均、或者有冷暖锋要过境了而形成的。即使在晴空万里,看起来空气非常宁静的正午,空气中也还是有很多小湍流的,就像烧水的时候透过水壶口看后面的墙壁会有一点变形一样,因为地面(水壶口)不断在产热,下面的空气向上跑。空气最宁静的时候一般是晚上,空气基本上都冷却下沉到地面,与上层的空气交换变少。
而这些或大或小的湍流,使空气的密度变得不均匀。本来恒星的光是平行光,两个透镜就可以使光会聚,在焦平面上看到一个清晰的像:
当然完全成为一个点是不可能的,因为还有衍射在,艾里斑。
现在不均匀的空气就使星光发生偏折,相当于加上了很多奇怪的透镜,就变成了这样:
湍流元的速度一般是10米/秒,所以如果站在一个地方不动,亮区和暗区就会轮流扫过观测者,看到星星时明时暗。这种现象在望远镜里用肉眼观察尤其明显,特别是对准地平线附近的恒星的时候,会抖得很厉害。
而在拍摄中,因为相机可以曝光比较长的时间,就会看到很多个恒星像在不同的地方:
这会使我们比较难分辨出恒星。那怎么解决这个问题呢?机智的天文学家们(到目前为止)想出了三个解决办法。
第一是把望远镜扔到天上去:太空中没有大气,当然就没有湍流啦,一了百了。但是这个方法贵啊,不是每个国家都有能力扔一个十来吨重的东西上天啊。
所以我们就在地面上下手:自适应光学
既然空气会将星光偏折。也就是把光的波前搞的歪歪扭扭:
那么我就把望远镜也搞得歪歪扭扭:
就搞定了。一般镜面的形变大小不大(几微米左右),但是空气变化很快,这就要求望远镜在0.5到1毫秒之内完成形变,然后准备下一次的形变。那我们怎么知道空气是怎样形变的呢?答案是人工造一颗“星”出来。
这是欧南台的VLT在用大功率激光器造出一颗“星”来获取空气抖动的情况。当然这种激光器因为功率太大会造成危险,所以在附近有飞机的时候会暂时关闭。
最后一种就直接破罐子破摔了,空气要抖就让它抖去吧~这种技术叫做幸运成像,一张照片照出来是这个样子的:
然后我们重复5000次,把5000张照片叠在一起,这样最亮的地方基本上就是恒星所在的地方:
之后再把每张照片最亮的地方移到一起,看起来就不是一坨亮光了:
再挑出最好的500张照片(标准我不是很清楚)叠加,效果拔群:
明显看到有三个天体了吧?
所以星星一闪一闪这事,一般人看起来可能听好玩,但是对于搞天文的来说还是挺大的问题...