天文觀測中幸運成像技術(shù)的應(yīng)用分析

摘??要：隨著科技的進步與社會的發(fā)展，我們對很多事物的要求越來越高，在天文觀測中亦是如此。因為大氣層的影響，很多時候使用原有的望遠鏡所觀測到的圖像并不清晰。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成像技術(shù)。這一技術(shù)使用的設(shè)備較為簡單，操作更為方面，能幫助獲得更好的圖片用于研究，推動了天文觀測技術(shù)的發(fā)展，也促進了相關(guān)領(lǐng)域的研究。

關(guān)鍵詞：天文觀測;幸運成像技術(shù);應(yīng)用分析

引言

在天文觀測的時候，各種光線經(jīng)過大氣層對相關(guān)物質(zhì)進行采樣時會受到影響，最后形成的圖像會模糊，從而影響到正常的觀察，影響整體對天體的研究。而幸運成像技術(shù)則是通過一些光學(xué)原理對已經(jīng)獲取的圖片進行處理，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)推動了天文觀測的快速發(fā)展，也為天文領(lǐng)域的成長提供了不少的進步空間。

一、幸運成像技術(shù)的相關(guān)概述

早在上個世紀的六十年代，為了獲得優(yōu)良的天文圖像進行觀測，很多研究者進行了多種嘗試，在七十年代的時候找到了衍射達到極限分辨率的能夠圖像，隨后經(jīng)過多次計算和演練，終于找到了這個“幸運成像”，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)其進行不規(guī)則的運動時就會影響到觀測的進行，采集到的圖像會非常模糊。為了避免這一種情況影響研究，先輩們經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)了一個“大氣相干時間”的區(qū)間，當(dāng)小于這個時間時，大氣中的湍流會形成一段時間的凍結(jié)，對成像的影響很小，可以形成較為清晰的圖片。同時，要形成幸運成像還有一個必須的條件，就是一定要有足夠亮度的參考星系，通過這些參考星便于更快的找到基點，拍攝更好的圖像。

（二）天文觀測中幸運成像的不同系統(tǒng)

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

其中一種是單一幸運成像系統(tǒng)。一般來講幸運成像系統(tǒng)的運用會提高圖片的分辨率，利用大氣中色散的情況來施行補充，最后使用增焦設(shè)備和探測技術(shù)進行一個處理，最后形成一個具有高分辨率的圖像。單一幸運成像系統(tǒng)在天文觀測中常被使用，其主要包括了光學(xué)增焦系統(tǒng)、大氣色散修正系統(tǒng)、探測儀以及一些濾光系統(tǒng)等。使用這一技術(shù)的具體操作過程主要為：首先需要對當(dāng)時進行觀察的大氣環(huán)境進行考察，再找一些參考星來檢測當(dāng)時大氣湍流會對觀測產(chǎn)生什么樣的影響;通過對不同位置進行采樣形成圖像，找到最亮的位置，并計算出圖像的分辨率，選擇最后想要達到的最后標準;最好這些準備之后要按照選取的位置，對一些圖像進行疊加處理，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鏡，但口徑越大，獲取幸運成像的幾率就越小，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，有效的獲得了幸運成像：第一種是利用幸運成像技術(shù)作為整個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)的望遠鏡中，大型望遠鏡一般都配有光學(xué)系統(tǒng)，可以利用這個特點對那些不清晰的圖像進行篩選，最終提高大口徑望遠鏡圖像的分辨率。第二種復(fù)合型的幸運成像系統(tǒng)一般是將大口徑的望遠鏡分成多個小口徑，在每一個小部分上進行幸運成像的操作，最后再進行疊加，形成最后的圖像。目前復(fù)合型的幸運成像系統(tǒng)有AO+LI、HST等多種，AO+LI系統(tǒng)的分辨率很高，但因為其自適應(yīng)官學(xué)系統(tǒng)，使用時要求自然導(dǎo)星要亮于17?mag，可以觀測到的范圍小于HST系統(tǒng)，不同的復(fù)合系統(tǒng)有不同的優(yōu)劣勢。

二、天文觀測中幸運成像技術(shù)的應(yīng)用

因為大氣層湍流的影響，天文觀測受到了很多限制。21世紀初，劍橋大學(xué)開始在天文觀測中應(yīng)用幸運成像技術(shù)，并獲得了不小的成果，此后在雙星系統(tǒng)、球狀星團這些天文觀測中慢慢得到了廣泛的使用。

（一）雙星系統(tǒng)中幸運成像系統(tǒng)的應(yīng)用

對雙星系統(tǒng)進行觀測有助于對星系質(zhì)量和其類型的確定，傳統(tǒng)的望遠鏡很難對這些進行一個仔細的觀測，因此通過幸運成像系統(tǒng)獲取清晰的圖像，更有利于實現(xiàn)對其的觀察。對雙星系進行觀察，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，進而確定觀察的區(qū)域是否有其他天體;另一方面通過對行星、恒星雙星系之間參數(shù)進行研究，進而推動這兩個天體之間存在的雙星數(shù)量。進行雙星系的觀測對于研究伴星質(zhì)量有重要意義，通過幸運成像可以增大研究雙星系統(tǒng)的范圍，提高精確度，獲得更為準確的數(shù)據(jù)。經(jīng)過多年的研究，很多天文學(xué)家利用幸運成像系統(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147顆雙星展開了424次觀察，找到了18顆Hipparcos?雙星和2個新雙星系統(tǒng)[2]，在雙星系統(tǒng)的觀察中有了極大的進步。

（二）球狀星團中幸運成像系統(tǒng)的應(yīng)用

Djorgovski?等科學(xué)家在進行球狀星團的觀察時，發(fā)現(xiàn)了有差不多1/5的星團存在核心塌縮的情況。將幸運成像運用到這一觀察中來，能夠較快的獲取到清晰的圖像，能更快的找到這些星團的準確位置，實現(xiàn)對塌縮情況的分析。如果進行長期有效的觀察還能觀測到不同星團的運行速度，利用這一數(shù)據(jù)開展演示，對所有星團的距離、演變進行計算，幫助了解不同星團的年齡、找到新的星團，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

天文觀測中幸運成像技術(shù)的運用，能幫助相關(guān)天文研究工作的開展，同時有效的提高了普通望遠鏡成像的分辨率，推動了球狀星團和雙星系統(tǒng)這些天文觀測的開展。同時，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，幸運成像技術(shù)會獲得更加長足的進步和應(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這三種主要的幸運成像技術(shù)系統(tǒng)，并長期應(yīng)用于天文科學(xué)研究，獲得了很多高分辨率的圖像。此后，幸運成像技術(shù)還將長期應(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)，推動對外星系的探究。

參考文獻

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

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

基金項目：本文系西華師范大學(xué)2018年省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“基于西華師大50厘米望遠鏡開展星團變星研究”的階段性成果。項目編號：201810638067;項目負責(zé)人：劉嘯洋;項目學(xué)校：西華師范大學(xué)

作者簡介：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)