激光引導(dǎo)星
為了克服引導(dǎo)星的限制,最有效的方法是人為制造一顆引導(dǎo)星,這也被稱(chēng)為激光導(dǎo)星(LGS)。大氣中間層的鈉原子或一些其他位于低層大氣的微粒都能夠反射脈動(dòng)的激光從而造成狹小的光斑。前者反射的光集中在90千米的高度(納共振),后者大概集中在10到20千米(瑞利漫散)。這樣一個(gè)人造引導(dǎo)星可以離目標(biāo)星無(wú)限地近,波前傳感器通過(guò)測(cè)量反射的激光來(lái)糾正來(lái)自目標(biāo)星光束的波前的扭曲。 美國(guó)的一些簽有軍事合同的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)宣布人造激光引導(dǎo)星在國(guó)防部高級(jí)研究項(xiàng)目處Maui光學(xué)站的60厘米望遠(yuǎn)鏡[Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Maui Optical Station (AMOS)]和美國(guó)空軍星火光學(xué)1.5米望遠(yuǎn)鏡(U.S. Air Force Starfire Optical Range)上成功應(yīng)用。他們都取得了大約0.15角秒的分辨率并證明了激光探測(cè)的可能。主動(dòng)戰(zhàn)略防御組織(SDIO)和美國(guó)海軍宣布在圣地亞哥的一臺(tái)1米望遠(yuǎn)鏡上像分辨率提高了近10倍。而對(duì)于一些用于天文(非軍事)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),美國(guó)第一次完成了人造引導(dǎo)星的天文觀(guān)測(cè),另外還有應(yīng)用于3.5米ARC望遠(yuǎn)鏡的芝加哥自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)(ChAOS)。
目前激光引導(dǎo)星仍有很多物理上的限制。首先是焦點(diǎn)等暈現(xiàn)象,也被稱(chēng)為圓錐效應(yīng),這個(gè)問(wèn)題在發(fā)展的初級(jí)階段就相當(dāng)明顯。因?yàn)槿嗽煲龑?dǎo)星一般位于較低的高度,散射的光被望遠(yuǎn)鏡收集形成錐形光束,但是這樣的光束和來(lái)自遙遠(yuǎn)觀(guān)測(cè)對(duì)象的星光經(jīng)過(guò)的湍流層的路徑并不相同,這將導(dǎo)致相位估計(jì)錯(cuò)誤。解決的方法是在觀(guān)測(cè)對(duì)象周?chē)瑫r(shí)使用多顆人造引導(dǎo)星。通過(guò)鈉共振技術(shù)可以減小誤差,最終效果相當(dāng)于一臺(tái)8米望遠(yuǎn)鏡利用距離觀(guān)測(cè)目標(biāo)10"的引導(dǎo)星進(jìn)行修正后得到的效果。對(duì)于2/265米波長(zhǎng)9等的觀(guān)測(cè)對(duì)象,這樣的結(jié)果還算合理。 更嚴(yán)重的是圖像的移動(dòng)或傾斜。人造星的中心在天空中看來(lái)是不動(dòng)的,但是觀(guān)測(cè)對(duì)象的位置看起來(lái)是橫向移動(dòng)的(也被稱(chēng)為傾斜)。最簡(jiǎn)單的解決方法是給自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)添加傾斜矯正器,但是這受限于有限的光子數(shù)據(jù)。更復(fù)雜的解決方法是使用兩套自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),一套用于觀(guān)測(cè)對(duì)象,一套用于人造引導(dǎo)星。光子數(shù)據(jù)將隨著第二個(gè)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用而大大增加。 通過(guò)前面所說(shuō)的第二項(xiàng)技術(shù),對(duì)自然引導(dǎo)星亮度的要求降低了,于是在觀(guān)測(cè)對(duì)象周?chē)业揭活w自然引導(dǎo)星的概率跟著增大,也就是天空覆蓋率的增大(如果一臺(tái)8米望遠(yuǎn)鏡在1到2微米波段觀(guān)測(cè),天空覆蓋率大約是百分之八十)。很明顯,望遠(yuǎn)鏡口徑越大,天空覆蓋率就越大,因?yàn)榭趶降脑龃髱?lái)的像分辨率的增大得到了充分利用。另一方面,它暗含著很大的技術(shù)難度,因?yàn)橐笏械牟考际窍嗤模勺冃瓮哥R、波前傳感器和人造引導(dǎo)星等)。
應(yīng)用多色激光器也是解決星像傾斜的一種方法,但這只適用于高度90千米的鈉共振散射。多色激光器激發(fā)位于不同狀態(tài)的鈉原子并利用大氣對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率的微小差異來(lái)做出修正。其主要的不足是由電離層飽和而造成的有限的反射。多色光引導(dǎo)星不需要任何的自然引導(dǎo)星,天空覆蓋率達(dá)到了百分之一百,但目前的實(shí)驗(yàn)情況并不十分理想。