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天文学家是如何利用尘埃来研究太空的

  天文学家总希望观测仪器的口径越大越好,但把那么大的望远镜送上卫星轨道实在是代价高昂。镜片越大,能够收集到光就越多,也就能看见更暗的目标。同时它们的放大倍数也更大,能够看清更多的细节。然而,人类能够送上天空的望远镜的口径和重量是有限的。
  如果设计的足够精妙,口径问题是可以解决的。比如说将主镜拆分成许多六角形的镜片,堆叠起来发射。将于2018年发射的詹姆斯韦伯太空望远镜采用的就是这种结构。重量问题却始终很棘手,需要我们打破常规,从镜片材料着手。帕萨迪纳市(美国加州)马尔科昆德雷利和罗切斯特理工学院的格罗弗施瓦茨兰德找到了一个解决办法。
  他们的想法是发射一火箭的微小反射微粒,将这些微抛撒在太空,并利用激光将微粒云雕刻成望远镜镜片形状。激光器布置在靠近微粒云的轨道卫星上。
  激光照射在物体上时会对物体施加两种力,一种沿着激光照射方向,驱使物体远离激光光源。另一种力与光束垂直,被称为升力,散射力与升力的组合能够塑造发光微粒云,使其成为想要的任何形状,当然也就包括了望远镜主镜的凹面形。
  然而即使每个微粒都摆放在恰当的位置,这种镜子的表面也不可能是光滑的。这意味着这种望远镜获得的照片都会存在斑点噪声。为了解决这个问题,研究人员采用了多次拍照的办法。每一个微粒的随机漂移使得每次拍摄产生不同的散斑。拍摄的次数足够多后,就能通过计算机将信号和噪声分离开来,并去除噪声。
  至少理论上这是可行的,部分理论已经得到了实验的检验。4月15日施瓦茨兰德博士宣称,他们成功实现了用这种镜子产生无散斑图像。他和同事们通过将微粒(即一些从附近商店买的银色闪粉)抛洒照射在其表面。然后用激光模拟双星(一对相邻的星体)照射在其表面,并记录反射图像。通过计算机消除散斑,通过两部分模拟使其更接近普通镜片。
  不得不说的是,在实验室和在太空是有天壤之别的。除了记录图像,让微粒在最初的地方聚集成镜片形状也就没什么问题了。正如Quadrelli博士指出的,观测误差取决于被观测星体发出光的波长。红外或微波信号并不需要微粒位置非常精确,因为它们形成的是不可见光图像。即使已经证明不可能形成光频图像,这种微粒镜片还是能很有用的。
  初级的太空测试可能包括塑造一个瓶盖大小的镜片。如果成功的话,微粒镜片的大小就不受什么限制了。此外,收集数不尽的尘埃也是个难题。

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