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解決方案

澳洲拓寬激光技術(shù),將用于清除太空垃圾

星之球科技 來源:牧夫天文公眾號2021-05-06 我要評論(0 )   

■陸基激光系統(tǒng)的藝術(shù)想象圖(來源:ESO/L. Calada)近日據(jù)媒體報道,澳大利亞國立大學(ANU)研究人員正努力拓寬激光技術(shù)在天文空間領(lǐng)域的應用。該研究顯示,激光技術(shù)...

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■陸基激光系統(tǒng)的藝術(shù)想象圖(來源:ESO/L. Calada)


近日據(jù)媒體報道,澳大利亞國立大學(ANU)研究人員正努力拓寬激光技術(shù)在天文空間領(lǐng)域的應用。該研究顯示,激光技術(shù)不但可以優(yōu)化地面望遠鏡影像(自適應光學),還有助于緩解日益嚴重的太空碎片問題。


特制的激光設備可以用光子給廢棄的衛(wèi)星碎片一個輕微的“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。


激光技術(shù)的應用在天文學中有著悠久的歷史。類似哈勃這樣的空間望遠鏡之所以能夠捕捉到清晰、壯觀的圖像,是因為相對于地面望遠鏡,它們避免了大氣擾動 (導致恒星在夜空中“閃爍”的效應)。但是空間望遠鏡囿于火箭運載器限制,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光學技術(shù),因而擁有更強大的觀測能力。


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■Celine D’orgeville在斯特朗洛山天文臺使用配備自適應光學跟蹤系統(tǒng)的天文望遠鏡進行觀測(來源:澳大利亞國立大學)


正如澳大利亞國立大學教授Celine D’orgeville解釋的那樣:如果沒有自適應光學,地面上觀測到的太空天體像一團模糊的光。這是由于地球的大氣層扭曲了從天體射來的光線。但有了自適應光學,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,自適應光學能夠校正大氣層造成的失真,確保強大的地面望遠鏡能夠捕捉到清晰的、令人贊嘆的圖像。


自適應光學系統(tǒng)的工作原理是通過向天空發(fā)射強大的激光,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,地面望遠鏡鏡面便可以進行相應的輕微調(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,該矯正過程每秒進行數(shù)千次。


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■使用自適應光學系統(tǒng)觀測獵戶座大星云(來源:ESO)


這項技術(shù)非常適合被用來觀測在天空中緩慢移動的遙遠恒星與星系,但澳大利亞國立大學的研究人員并不滿足于此。他們對自適應光學技術(shù)不斷改進,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)生的頻率遠比我們想象的要高),那么自適應光學系統(tǒng)的跟蹤激光可以引導二次紅外激光“擊中”目標,進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),將大大降低太空垃圾與其他物體的碰撞幾率。


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■地球軌道上運行的物體約95%為太空垃圾(衛(wèi)星碎片)(來源:NASA)


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


澳大利亞國立大學的研究在通信領(lǐng)域也有價值。其研究項目的一個商業(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,自適應光學系統(tǒng)正在把激光變成太空探索中最有用的工具之一。


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