在400多年前，伽利略用自制的第一台光学望远镜观测到了月球表面坑坑洼洼的环形山，自此光学天文望远镜就成为人类观测茫茫太空的重要手段。事实上，科学家用望远镜（尤其是大望远镜）观测星空会受到大气湍流的影响，观测到的星体总好像是雾里看花，这无疑成为天文学家心头的梦魇。这一问题困扰了天文学家数百年，直到自适应光学技术出现以后才得以（部分）解决。

独具“慧眼”的自适应光学

自适应光学（Adaptive optics, AO）是补偿由大气湍流或其他因素造成的成像过程中波前畸变的技术。科学家采用自适应光学技术对动态干扰实时校正后，使得望远镜焦平面上所成的星像分辨率和清晰度显著提高。因此，自适应光学犹如给望远镜戴上了一副“矫正眼镜”，使得望远镜能看到星星的本来面目。 

图2 通过大气湍流观测星体的瞬时像斑及其能量分布

这一技术来源于美国天文学家巴布科克（H.W.Babcock）提出用实时测量光学波前误差并加以实时补偿校正的方法来解决大气湍流等动态干扰的设想。该设想的核心是在光学系统中引入一个表面形状可以改变的反射元件（称为波前校正器）和一个波前误差传感器，用波前传感器测量出不断变动的波前误差，利用一套控制系统去控制波前校正器并对波前误差进行补偿校正。

图3 自适应光学望远镜的基本原理和组成

直径4.1米的南方天文物理研究(SOAR)望远镜，位于海拔2635米的智利帕瑞纳山顶（Cerro Paranal），天文学家为了提高望远镜的观测成像质量提出了一种基于EMCCD相机的新型导向方法。该方法采用2×2波前传感器作为望远镜的新型导向器，在机械方面延续了此前导引头 X-Y 定位机构，更新了拾取臂、摄像头、探测器。

图4 新型导向器原型

其中探测器选择了英国Raptor公司的高速EMCCD相机，经过测试，该EMCCD相机可以通过电子倍增功能实现信号放大，从而提升探测更弱星等的能力并实现高速拍摄。2018年3月，在满月后1-2天的明亮天空中，利用微弱的 V-17恒星成功进行了导航测试。

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