激光技术破局太空垃圾困境

翻译：贺柏翔

校对：陈一萱 牧夫天文校对组

后期：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永威

激光技术是天文及航天发展的重要支柱，而澳大利亚国立大学（ANU）的研究人员正在努力拓宽激光技术在天文空间领域的应用。他们的研究显示：激光技术不但可以优化地面望远镜影像（自适应光学），亦有助于缓解世界上日益严重的太空碎片问题。

特制的激光设备可以用光子给废弃的卫星碎片一个轻微的“推力”，所提供的能量刚好足够改变其轨道，以防止可能发生的碰撞。

路基激光系统的艺术想象图 

Credit: ESO/L. Calçada. 

激光技术的应用在天文学中有着悠久的历史。类似哈勃这样的空间望远镜之所以能够捕捉到清晰、壮观的图像，是因为相较地面望远镜，它们避免了大气扰动 （导致恒星在夜空中“闪烁”的效应）。但是空间望远镜囿于火箭运载器限制，镜面大小有限。地面上的天文台凭借其更大的口径和自适应光学技术，因而拥有更强大的观测能力。

正如澳大利亚国立大学教授席琳·迪奥格维尔（Celine D’orgeville）解释的那样：“如果没有自适应光学，地面上观测到的太空天体像一团模糊的光。这是由于地球的大气层扭曲了从天体射来的光线。但有了自适应光学，这些天体变得更容易被观测，其图像也更加清晰。从本质上讲，自适应光学能够校正大气层造成的失真，确保强大的地面望远镜能够捕捉到清晰的、令人赞叹的图像。”

席琳·迪奥格维尔研究员在斯特朗洛山天文台使用配备自适应光学跟踪系统的天文望远镜进行观测

Credit: Celine D’Orgeville/The Australian National University.

自适应光学系统的工作原理是通过向天空发射强大的激光，以激发太空边缘钠层中的粒子（钠层系由陨石燃烧产生）。从望远镜观测视角，被激发的钠原子如同一颗明亮的人造恒星——明亮到其射回的光线足以用来测量大气层扭曲光线的程度。

通过这些信息，地面望远镜镜面便可以进行相应的轻微调整从而抵消大气层对光畸变的影响。为了契合千变万化的大气条件，该矫正过程每秒进行数千次。

使用自适应光学系统观测猎户座大星云

Credit：ESO

这项技术非常适合被用来观测在天空中缓慢移动的遥远恒星与星系，但澳大利亚国立大学的研究人员并不满足于此。他们对自适应光学技术不断改进，使其能够跟踪在近地轨道快速移动的卫星和太空碎片。

当一块太空垃圾将要与近地轨道的其他物体（如太空垃圾、人造卫星、空间站等）相碰撞（这种情况发生的频率远比我们想象的要高），那么自适应光学系统的跟踪激光可以引导二次红外激光“击中”目标，进而将太空垃圾推离原有轨道，避免惨案的发生。在全球各地广泛地布置类似激光系统无疑将大大减少灾难性碰撞的发生。

地球轨道上运行的物体约95%为太空垃圾（卫星碎片）

Credit: NASA.

然而在政治上，该技术的应用势必会遇到很多阻力！尽管在太空垃圾的问题上进行全球合作能够带来明显的成效，但误用变轨激光器很可能会造成外交难题。因此，在完善技术的同时，国家之间亦需在技术管制与国际空间法方面做出突破，以达成新的国际共识。幸运的话，澳大利亚国立大学的研究可能成为这一领域国际合作新规则的催化剂。

澳大利亚国立大学的研究在通信领域也有价值。其研究项目的一个商业合作伙伴，光电系统(EOS)，希望利用该系统开发卫星和地面之间的激光通信。

总的来说，自适应光学系统正在把激光变成我们在太空探索中最有用的工具之一，它们的未来是光明的。

[译者注：此处的“光明”系双关，既说明激光本身是明亮的，又指出由激光技术主导的自适应光学系统拥有巨大的发展前景。]

责任编辑：毛明远

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