天文觀測(cè)中幸運(yùn)成像技術(shù)的應(yīng)用分析

摘??要：隨著科技的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展，我們對(duì)很多事物的要求越來(lái)越高，在天文觀測(cè)中亦是如此。因?yàn)榇髿鈱拥挠绊?，很多時(shí)候使用原有的望遠(yuǎn)鏡所觀測(cè)到的圖像并不清晰。為了獲取足夠清晰、分辨率足夠高的圖像，在很多天文研究中使用了幸運(yùn)成像技術(shù)。這一技術(shù)使用的設(shè)備較為簡(jiǎn)單，操作更為方面，能幫助獲得更好的圖片用于研究，推動(dòng)了天文觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，也促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的研究。

關(guān)鍵詞：天文觀測(cè);幸運(yùn)成像技術(shù);應(yīng)用分析

引言

在天文觀測(cè)的時(shí)候，各種光線經(jīng)過(guò)大氣層對(duì)相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行采樣時(shí)會(huì)受到影響，最后形成的圖像會(huì)模糊，從而影響到正常的觀察，影響整體對(duì)天體的研究。而幸運(yùn)成像技術(shù)則是通過(guò)一些光學(xué)原理對(duì)已經(jīng)獲取的圖片進(jìn)行處理，使模糊的圖片變得清晰，從而有利于更好的觀察和探究，使用這一技術(shù)推動(dòng)了天文觀測(cè)的快速發(fā)展，也為天文領(lǐng)域的成長(zhǎng)提供了不少的進(jìn)步空間。

一、幸運(yùn)成像技術(shù)的相關(guān)概述

早在上個(gè)世紀(jì)的六十年代，為了獲得優(yōu)良的天文圖像進(jìn)行觀測(cè)，很多研究者進(jìn)行了多種嘗試，在七十年代的時(shí)候找到了衍射達(dá)到極限分辨率的能夠圖像，隨后經(jīng)過(guò)多次計(jì)算和演練，終于找到了這個(gè)“幸運(yùn)成像”，為其正式用于天文奠定了基礎(chǔ)。

（一）應(yīng)用的基本原理

在大氣層存在一種湍流，十分不穩(wěn)定，當(dāng)其進(jìn)行不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)影響到觀測(cè)的進(jìn)行，采集到的圖像會(huì)非常模糊。為了避免這一種情況影響研究，先輩們經(jīng)過(guò)大量的研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“大氣相干時(shí)間”的區(qū)間，當(dāng)小于這個(gè)時(shí)間時(shí)，大氣中的湍流會(huì)形成一段時(shí)間的凍結(jié)，對(duì)成像的影響很小，可以形成較為清晰的圖片。同時(shí)，要形成幸運(yùn)成像還有一個(gè)必須的條件，就是一定要有足夠亮度的參考星系，通過(guò)這些參考星便于更快的找到基點(diǎn)，拍攝更好的圖像。

（二）天文觀測(cè)中幸運(yùn)成像的不同系統(tǒng)

在天文觀測(cè)中使用幸運(yùn)成像形成圖像一般有兩種系統(tǒng)，不同的效果會(huì)使用到不同的系統(tǒng)技術(shù)。

其中一種是單一幸運(yùn)成像系統(tǒng)。一般來(lái)講幸運(yùn)成像系統(tǒng)的運(yùn)用會(huì)提高圖片的分辨率，利用大氣中色散的情況來(lái)施行補(bǔ)充，最后使用增焦設(shè)備和探測(cè)技術(shù)進(jìn)行一個(gè)處理，最后形成一個(gè)具有高分辨率的圖像。單一幸運(yùn)成像系統(tǒng)在天文觀測(cè)中常被使用，其主要包括了光學(xué)增焦系統(tǒng)、大氣色散修正系統(tǒng)、探測(cè)儀以及一些濾光系統(tǒng)等。使用這一技術(shù)的具體操作過(guò)程主要為：首先需要對(duì)當(dāng)時(shí)進(jìn)行觀察的大氣環(huán)境進(jìn)行考察，再找一些參考星來(lái)檢測(cè)當(dāng)時(shí)大氣湍流會(huì)對(duì)觀測(cè)產(chǎn)生什么樣的影響;通過(guò)對(duì)不同位置進(jìn)行采樣形成圖像，找到最亮的位置，并計(jì)算出圖像的分辨率，選擇最后想要達(dá)到的最后標(biāo)準(zhǔn);最好這些準(zhǔn)備之后要按照選取的位置，對(duì)一些圖像進(jìn)行疊加處理，最后形成分辨率較高的結(jié)果，用于研究[1]。

在單一幸運(yùn)成像的基礎(chǔ)上，獲得了分辨率較高的圖片，但在天文發(fā)展中，為了獲取更多的參考，需要使用口徑較大的望遠(yuǎn)鏡，但口徑越大，獲取幸運(yùn)成像的幾率就越小，基于此不少科學(xué)做出努力提高口徑較大望遠(yuǎn)鏡獲取圖像的分辨率。在單一系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不同的研究員采用了不同的方法，有效的獲得了幸運(yùn)成像：第一種是利用幸運(yùn)成像技術(shù)作為整個(gè)獲取圖像的終端體系安裝于具有自適應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡中，大型望遠(yuǎn)鏡一般都配有光學(xué)系統(tǒng)，可以利用這個(gè)特點(diǎn)對(duì)那些不清晰的圖像進(jìn)行篩選，最終提高大口徑望遠(yuǎn)鏡圖像的分辨率。第二種復(fù)合型的幸運(yùn)成像系統(tǒng)一般是將大口徑的望遠(yuǎn)鏡分成多個(gè)小口徑，在每一個(gè)小部分上進(jìn)行幸運(yùn)成像的操作，最后再進(jìn)行疊加，形成最后的圖像。目前復(fù)合型的幸運(yùn)成像系統(tǒng)有AO+LI、HST等多種，AO+LI系統(tǒng)的分辨率很高，但因?yàn)槠渥赃m應(yīng)官學(xué)系統(tǒng)，使用時(shí)要求自然導(dǎo)星要亮于17?mag，可以觀測(cè)到的范圍小于HST系統(tǒng)，不同的復(fù)合系統(tǒng)有不同的優(yōu)劣勢(shì)。

二、天文觀測(cè)中幸運(yùn)成像技術(shù)的應(yīng)用

因?yàn)榇髿鈱油牧鞯挠绊?，天文觀測(cè)受到了很多限制。21世紀(jì)初，劍橋大學(xué)開始在天文觀測(cè)中應(yīng)用幸運(yùn)成像技術(shù)，并獲得了不小的成果，此后在雙星系統(tǒng)、球狀星團(tuán)這些天文觀測(cè)中慢慢得到了廣泛的使用。

（一）雙星系統(tǒng)中幸運(yùn)成像系統(tǒng)的應(yīng)用

對(duì)雙星系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)有助于對(duì)星系質(zhì)量和其類型的確定，傳統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡很難對(duì)這些進(jìn)行一個(gè)仔細(xì)的觀測(cè)，因此通過(guò)幸運(yùn)成像系統(tǒng)獲取清晰的圖像，更有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)其的觀察。對(duì)雙星系進(jìn)行觀察，一方面可以獲取不同星系光纖變化的曲線是如何產(chǎn)生的，進(jìn)而確定觀察的區(qū)域是否有其他天體;另一方面通過(guò)對(duì)行星、恒星雙星系之間參數(shù)進(jìn)行研究，進(jìn)而推動(dòng)這兩個(gè)天體之間存在的雙星數(shù)量。進(jìn)行雙星系的觀測(cè)對(duì)于研究伴星質(zhì)量有重要意義，通過(guò)幸運(yùn)成像可以增大研究雙星系統(tǒng)的范圍，提高精確度，獲得更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)多年的研究，很多天文學(xué)家利用幸運(yùn)成像系統(tǒng)在雙星系統(tǒng)的研究中獲得了很大的成就，例如科學(xué)家Rica?等人采用這一技術(shù)，選擇WDS星表中角距在0.2-1.5的樣本，對(duì)147顆雙星展開了424次觀察，找到了18顆Hipparcos?雙星和2個(gè)新雙星系統(tǒng)[2]，在雙星系統(tǒng)的觀察中有了極大的進(jìn)步。

（二）球狀星團(tuán)中幸運(yùn)成像系統(tǒng)的應(yīng)用

Djorgovski?等科學(xué)家在進(jìn)行球狀星團(tuán)的觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)了有差不多1/5的星團(tuán)存在核心塌縮的情況。將幸運(yùn)成像運(yùn)用到這一觀察中來(lái)，能夠較快的獲取到清晰的圖像，能更快的找到這些星團(tuán)的準(zhǔn)確位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)塌縮情況的分析。如果進(jìn)行長(zhǎng)期有效的觀察還能觀測(cè)到不同星團(tuán)的運(yùn)行速度，利用這一數(shù)據(jù)開展演示，對(duì)所有星團(tuán)的距離、演變進(jìn)行計(jì)算，幫助了解不同星團(tuán)的年齡、找到新的星團(tuán)，為更多的天文研究提供更豐富的數(shù)據(jù)支持。

三、結(jié)束語(yǔ)

天文觀測(cè)中幸運(yùn)成像技術(shù)的運(yùn)用，能幫助相關(guān)天文研究工作的開展，同時(shí)有效的提高了普通望遠(yuǎn)鏡成像的分辨率，推動(dòng)了球狀星團(tuán)和雙星系統(tǒng)這些天文觀測(cè)的開展。同時(shí)，隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)獲取和處理能力的不斷提升，幸運(yùn)成像技術(shù)會(huì)獲得更加長(zhǎng)足的進(jìn)步和應(yīng)用。隨著這一技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了Lucky?Cam、Fast?Cam、Astra?Lux這三種主要的幸運(yùn)成像技術(shù)系統(tǒng)，并長(zhǎng)期應(yīng)用于天文科學(xué)研究，獲得了很多高分辨率的圖像。此后，幸運(yùn)成像技術(shù)還將長(zhǎng)期應(yīng)用到天文研究中，為很多重要研究的開展提供更多有效的數(shù)據(jù)，推動(dòng)對(duì)外星系的探究。

參考文獻(xiàn)

[1] 李天澤.幸運(yùn)成像技術(shù)在天文觀測(cè)中的應(yīng)用淺析[J].科學(xué)中國(guó)人，2017，0（8Z）.

[2] 陳朕.基于以太網(wǎng)傳輸?shù)腇PGA幸運(yùn)成像系統(tǒng)的研究[D].昆明理工大學(xué)，2019.

基金項(xiàng)目：本文系西華師范大學(xué)2018年省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“基于西華師大50厘米望遠(yuǎn)鏡開展星團(tuán)變星研究”的階段性成果。項(xiàng)目編號(hào)：201810638067;項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：劉嘯洋;項(xiàng)目學(xué)校：西華師范大學(xué)

作者簡(jiǎn)介：劉嘯洋?出生年月：1999年8月25日?性別：男?民族：土家?籍貫：湖北咸寧??????職務(wù)/職稱：學(xué)生?學(xué)歷：本科?單位信息（單位全名）：西華師范大學(xué)