來源:物理天文隨筆
按照望遠鏡所處的位置,目前的天文觀測可以分為地基天文觀測、太空天文觀測和月基天文觀測。地基天文觀測是人類最早進行的天文觀測,現在仍然是天文觀測的主力。太空天文觀測開始于20世紀下半葉,隨著人類太空探索的腳本逐漸發展壯大。如今,人類尚未大規模開展月基天文觀測。但嫦娥三號攜帶了一臺望遠鏡著陸到月球表面,已經進行月基天文觀測。未來,隨著載人登月的開展和月球基地的的建設,月基天文觀測會得到很大的發展。
人類有數千年地基天文觀測的經驗。從成本上來說,地基天文觀測也是最低的,目前最大口徑的望遠鏡都是地基望遠鏡。但是,地基天文觀測有其局限性。地球大氣只對部分電磁波透明。地球大氣吸收了波長短于紫外的電磁波,這保護了地球上的生命,但另一方面也使得我們無法在地面上進行紫外、X射線和伽馬射線波段的天文觀測。大氣也吸收大部分紅外波段的電磁波,所以大部分紅外觀測也無法在地面上進行。頻率低于10 MHz的低頻射電波會被地球的電離層反射,在地面上也無法進行相應波段的天文觀測。
地基天文觀測主要是射電天文觀測和光學天文觀測。近些年也開始在地面進行極高能伽馬光子的觀測,這些觀測是通過探測高能伽馬光子和大氣作用產生的次級粒子從而反演出極高能伽馬光子的入射方向、能量等信息。地球大氣對頻率10 MHz~10 GHz的射電波非常透明,這個波段的射電望遠鏡不受云和雨雪天氣的影響,幾乎可以進行全天候觀測。不過,這個頻段也是現代社會各種無線電信號所占據的頻段。在這個頻段中充滿了廣播、導航、移動通信、衛星通訊的信號,對于射電天文觀測來說,這些信號都是干擾。相比地球上人類活動產生的信號,天體的信號較弱,所以射電天文觀測的一個關鍵就是減少射頻干擾的影響。射電望遠鏡雖然不用建設在高山上,但也需要盡量遠離城鎮,周圍能有山體遮擋從遠處傳來的無線電波。一些望遠鏡在其周圍設置了無線電寧靜區,對電磁環境加以保護。
雖然大氣對可見光透明,但大氣對光學觀測的影響仍然很大。對宇宙中大部分天體的可見光觀測只能在夜間進行。大氣散射太陽光,導致整個天空都非常明亮,掩蓋了大部分天體的可見光,因而白天無法進行觀測。光學觀測只能在晴朗的夜間進行,因為云會遮擋天體的可見光,這和射電觀測不太一樣。光學觀測還受到大氣湍流的影響。我們看到的恒星通常會閃爍,這是大氣中的湍流導致的。大氣湍流導致星點變得模糊,為了得到好的觀測結果,光學觀測需要尋找視寧度好的臺址。和射電觀測一樣,光學觀測也會受到城市燈光的影響,所以光學觀測的臺址也需要遠離城鎮。
圖:夏威夷Mauna Kea山頂的光學、近紅外望遠鏡
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