天文学导论-作业2¶

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望远镜台址¶

根据老师上课提到的一些地点和我阅读相关文章后的结果，整理出世界上有如下一些优秀的光学望远镜台址：

中国青海冷湖赛什腾山：位于青海省海西州的冷湖赛什腾山，海拔约4200米，近年来被确认为一个世界级的天文观测台址。该地区视宁度中值为0.75角秒，可与夏威夷莫纳克亚天文台址的条件相媲美，且具有较少的降水和稳定的大气条件，非常适合天文观测。
夏威夷莫纳克亚：位于夏威夷大岛的莫纳克亚火山顶部，海拔约4200米，是北半球公认的最佳光学和红外天文台址之一。该地区气候干燥，光污染低，大气稳定，视宁度极佳。目前世界上口径超过8米的大型光学望远镜就有四台在此落户。
智利阿塔卡马沙漠：智利北部的阿塔卡马沙漠拥有极干燥的气候和清澈的夜空.阿塔卡马常年气候干燥，有些区域甚至400多年未见滴雨，这里一年有300多天都是万里无云的天气，人烟稀少几乎没有光污染，是世界上最佳的观星地点之一。是多个世界级天文台的所在地，包括欧洲南方天文台的帕拉纳尔天文台。
南极内陆冰穹A：南极冰穹A地区由于其极端的寒冷和干燥，以及几乎不存在的大气湍流，被认为是地面上最好的光学天文台址之一。中国科学院国家天文台在此地进行了视宁度测量，测量数据表明，自由大气视宁度的中值只有0.31角秒，最佳值达到0.13角秒，并且在离地面8米的高度，就有31%的时间可以获得自由大气视宁度；在离地面14米的高度，有近一半的时间可以获得自由大气视宁度，证实了其卓越的天文观测条件。
西藏阿里地区狮泉河镇：阿里在紫外波段和亚毫米波段探测具有明显优势。阿里地处理想的中纬度区域，水汽含量低、大气透明度高，是北半球观测条件绝佳的台址。现已建成阿里天文观测平台。

台址建设要求¶

光学望远镜台址的选择需要考虑多个因素，以确保观测效果的最大化。以下是一些具体的要求：

高海拔：高海拔地区空气稀薄，能减少大气对光线的吸收和散射，提高观测的清晰度。夏威夷莫纳凯亚山的海拔就有4200米，青海冷湖赛什腾山的海拔甚至高达4576米。
干燥的气候：干燥的气候有助于减少大气中的水汽，从而减少对红外线波段的观测影响，提高观测的透明度。
晴朗的夜空：需要有较多的晴朗夜晚以保证足够的观测时间。
低湿度：湿度低可以减少大气中的水汽，避免对观测结果产生干扰。
低光污染：远离城市和人口密集区，以避免人造光源对夜空的干扰。
稳定的大气条件：大气湍流会扭曲来自天体的光线，影响观测图像的清晰度。优良的台址应具有较好的视宁度，即大气抖动对望远镜观测星象造成的模糊程度较小。上面的几个台址都经过视宁度的测量。
较少的风沙干扰：风沙可能会对望远镜的光学系统造成损害，并影响观测质量。
交通便利和基础设施：虽然许多优良台址位于偏远地区，但为了方便人员和设备的运输，以及长期的运行和维护，需要有相对便利的交通和基础设施支持。我国青海冷湖赛什腾山位置较为偏远，交通不便，政府便修建了几十公里的专用道路。
长期保护政策：需要有政策支持，以保护暗夜星空，防止未来的光污染。政府为支持赛什腾天文观测基地建设，以天文观测基地为中心，建立暗夜星空保护区。

这些要求共同决定了光学望远镜台址的科学价值和未来的观测能力。

自适应光学（Adaptive Optics, AO）和主动光学（Active Optics）是两种用于提高光学系统性能的技术，它们在天文学领域有着广泛的应用，极大地提高了地基望远镜的观测能力。

自适应光学技术¶

自适应光学技术通过使用可变形镜面矫正因大气抖动造成光波波前发生畸变，从而改进光学系统性能。这项技术能够补偿由大气湍流或其他因素造成的成像过程中波前畸变，显著提高望远镜焦平面上所成星像的分辨率和清晰度。自适应光学系统主要包括波前传感、波前控制、波前校正等三个组成部分。波前传感器用于对大气湍流等各种扰动进行波前测量；波前控制器将波前传感器探测到的波前误差信号经过处理转化为波前校正器的控制信号；波前校正器根据控制信号改变波前形状，实现波前误差的共轭校正。

自适应光学技术在天文学中的应用主要体现在：

提高望远镜分辨率：通过实时校正大气湍流引起的像差，自适应光学系统可以将望远镜的分辨率提高数倍，实现高清晰度的天体成像。
观测暗弱天体：自适应光学技术可以提高望远镜的灵敏度，使其能够观测到暗弱的天体。
太阳系内观测：例如，对小行星及其卫星的观测，以及行星表面的风暴系统等。
银河系内观测：研究恒星形成、星周盘、行星系统等。
银河系外观测：对红移星系的内部结构和动力学研究。
系外行星科学观测：直接成像发现类地行星，研究其大气成分等。

主动光学技术¶

主动光学技术主要用于消除望远镜的光学系统及支架受重力和温度等因素影响引起的变形。这是通过内置的光学修正部件在观测过程中自动调整来实现的。主动光学技术是新一代大望远镜的关键技术之一，它能够在提高望远镜像质的同时降低造价，满足天文研究对大口径、高分辨能力的大望远镜的需求。

主动光学技术在天文学中的应用主要体现在：

维持望远镜光学系统的稳定性：通过主动调整光学系统，补偿由于重力形变等因素造成的像质扭曲。
建造更大的望远镜：拼接镜面和主动光学技术使得天文学家可以建造口径更大的地基望远镜。