Laser Guide Star Adaptive Optics for Astronomy pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Ageorges, N.; Ageorges, N.; Dainty, C.

出品人:

页数:363

译者:

出版时间:2000-5

价格:$ 292.67

装帧:

isbn号码:9780792363811

丛书系列:

图书标签:

Adaptive Optics
Laser Guide Star
Astronomy
Telescopes
Atmospheric Correction
Optical Astronomy
Instrumentation
Image Quality
Wavefront Sensing
Ground-based Astronomy

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具体描述

Adaptive optics allows the theoretical limit of angular resolution to be achieved from a large telescope, despite the presence of turbulence. Thus an eight meter class telescope, such as one of the four in the Very Large Telescope operated by ESO in Chile, will in future be routinely capable of an angular resolution of almost 0.01 arcsec, compared tot he present resolution of about 0.5 arcsec for conventional imaging in good condition. All the world's major telescopes either have adaptive optics or are in the process of building AO systems. It turns out that a reasonable fraction of the sky can be observed using adaptive optics, with moderately good imaging quality, provided imaging in done in the near IR. To move out of the near IR, with its relatively poor angular resolution, astronomers need a laser guide star. There is a layer of Na atoms at approximately 90 km altitude that can be excited by a laser to produce such a source, or Rayleigh scattering can be employed lower in the atmosphere. But the production and use of laser guide stars is not trivial, and the key issues determining their successful implementation are discussed here, including the physics of the Na atom, the cone effect, tilt determination, sky coverage, and numerous potential astronomical applications.

天文学前沿：从可见光到射电波段的观测技术革新本书旨在深入探讨当代天文学观测领域中，那些推动我们理解宇宙演化和结构的尖端技术。我们聚焦于那些突破了传统光学限制、拓展了电磁波谱应用范围的关键方法学与仪器设计，为天文研究人员和高年级学生提供一份详尽的参考指南。第一部分：高分辨率成像的新纪元在深入研究宇宙深处和复杂天体的过程中，大气湍流一直是限制地面望远镜性能的“阿喀琉斯之踵”。本卷首先系统性地回顾了自适应光学（Adaptive Optics, AO）技术发展至今的理论基础与工程实践，但我们将重点放在非传统波段和特定观测场景下的应用拓展，而非仅限于可见光波段的传统聚焦。 1.1 中红外与远红外波段的自适应系统挑战中红外（Mid-Infrared, MIR）和远红外（Far-Infrared, FIR）波段对于研究恒星形成、行星形成盘以及冷分子云至关重要，因为这些波段能有效穿透尘埃遮蔽。然而，这些波段的观测面临两大核心挑战：系统自身的热辐射和大气水汽的强吸收。本书将详细分析如何设计和部署低温制冷系统与波长适配的波前传感器来应对这些挑战。我们将探讨基于射频干涉的波前测量技术，以及如何利用特定波长的自然或人工参考源，在这些“暗淡”的窗口中实现高对比度和高分辨率的成像。重点案例分析包括对太阳系外行星大气光谱的解析，以及对原行星盘中冰的分布进行精细刻画的案例。 1.2 太赫兹波段的地面与空间实现太赫兹（Terahertz, THz）波段（约0.1 THz至10 THz）是分子光谱学和冷物质研究的宝库。地面望远镜在太赫兹观测中常常受到极度干燥环境的要求，本书将详细介绍高山站点的选址标准和超导探测器（如HEMTs和MKIDs）的优化。对于空间任务，我们将剖析如何设计能够承受发射应力和长期低温运行的集成光学系统，特别是对轨道热环境的建模与管理，确保探测器灵敏度不受影响。第二部分：射电天文学的协同与干涉技术飞跃射电天文学的发展正朝着更高分辨率和更宽广的频率覆盖迈进。本书将深入探讨超大型射电望远镜阵列（VLBI）在提高角分辨率和覆盖天空区域方面的最新进展，重点不在于单个望远镜的光学设计，而在于网络化观测的信号处理与校准。 2.1 扩展频率范围的甚长基线干涉测量（VLBI）传统的VLBI主要集中在低频和S/X波段。本书着重分析了将VLBI扩展至毫米波和亚毫米波频段（如W和D工作站）所遇到的技术瓶颈，特别是：时钟同步的精度要求（纳秒级到皮秒级的挑战）、大气延迟的精确模型构建，以及宽带信号的记录与相关技术。我们详细论述了如何利用新的数据传输技术（如光纤网络替代传统磁带记录）来处理TB/s量级的数据流，并展示了如何通过多频率观测来分离和校正天顶延迟。 2.2 脉冲星计时阵列（PTA）与引力波探测脉冲星计时阵列（PTA）利用银河系中多颗毫秒脉冲星作为天然的“时钟”，旨在探测低频的星系背景引力波。本书详细解析了PTA的数据分析流程，包括：脉冲星时序模型（NANOGrav或PPTA的最新版本）的建立、地球时和太阳系内不确定性的精确建模，以及如何从海量数据中提取出与空间相关性的随机信号。我们还将讨论下一代PTA（如Pulsar Timing Arrays in the Southern Hemisphere）所需的新一代射电望远镜的关键性能指标。第三部分：光谱学与高对比度成像的新前沿突破视宁度限制和实现高对比度是当前观测天文学的共同追求。本部分关注如何利用先进的光谱技术和新颖的仪器设计来分离目标信号与背景噪声。 3.1 极高分辨率光谱获取：Fibre-fed Echelle光栅系统对于获取恒星、星系核心或外星系大气的高分辨光谱，需要极高效率的馈送系统。本书详细比较了光纤耦合技术在不同望远镜尺寸上的性能表现，特别是针对大口径主镜光斑的均匀化和耦合效率优化。我们将探讨如何设计具有超低损耗、高抗弯曲特性的光纤束，以及在极低温下（例如，在液氦环境下运行的探测器前级）维持光纤性能的工程方案。分析重点在于如何通过精密的视场畸变校正，确保来自望远镜焦平面的光能量能够高效、均匀地注入到二级光谱仪中。 3.2 遮挡与波前整形：实现系外行星的直接成像直接成像系外行星需要将中心恒星的光芒压制到惊人的程度（对比度可达$10^{10}$以上）。本书侧重于主动抑制技术的最新发展：星光抑制器（Stellar Nulling/Coronagraphy）：不仅讨论传统的衍射/相位掩模设计，更深入研究空间维度调制（Phase-Induced Amplitude Apodization, PIAO）和超表面（Metasurface）在实现更宽光谱窗口和更高对比度方面的潜力。我们分析了如何通过精确的波前整形来抵消望远镜镜面上的微小缺陷和大气引入的相干噪声。高对比度实时波前控制：在直接成像模式下，系统需要以极高的频率（kHz级别）对波前进行校正。我们详细阐述了如何利用基于机器学习的快速传感器-执行器反馈回路，实时补偿地面望远镜上的大气和结构噪声，并展示了在特定波长上实现深度消光（Deep Extinction）的实测案例。第四部分：数据处理与仪器验证的数字化转型现代天文学仪器产生的数据量已不再是瓶颈，数据的智能处理、验证和科学回归才是关键。 4.1 实时数据流处理与性能验证本书讨论了如何构建高性能计算平台（HPC）来处理由下一代大型望远镜阵列实时生成的数据。重点在于并行化算法的设计，尤其是如何将复杂的校准流程（如大气折射率校正、仪器响应函数建模）集成到数据流管道中。同时，我们探讨了仪器验证（Commissioning）的新范式，即如何利用模拟真实信号的“数字孪生”环境，在地面进行系统级的性能预测和故障排除，以缩短现场调试时间。 4.2 跨域数据融合与知识图谱随着望远镜阵列覆盖的频段越来越广（从射电到X射线），数据的跨域融合成为获取完整物理图像的关键。本书介绍了如何利用多尺度、多波长的观测数据构建统一的物理模型。我们探讨了天文学知识图谱（Astro-Knowledge Graphs）的应用，该技术能够自动识别不同观测数据集中潜在的关联性、不一致性，并为研究人员推荐最相关的辅助数据，极大地加速了复杂天体物理现象的解释过程。本书结构严谨，内容翔实，覆盖了从基础物理原理到尖端工程实现的各个层面，是所有致力于推进天文学观测边界的专业人士不可或缺的参考资料。