怎麼能讓鈉原子亮起來

深藍色的天幕下，一束黃光如利劍般直刺天際，亮麗、耀眼。這是在雲南天文台麗江站，配備微秒脈衝鈉導引星激光系統時拍攝的。

在中科院理化所，有一群致力於用激光造星星、觀測星星的人，從2003年起，就開始搗鼓「鈉信標激光器」，並用它在大氣頂層造出了最亮的人造恆星——「鈉導引星」。

受大氣擾動的強烈影響，天文學家使用大型地基望遠鏡觀察星空，就像透過有波浪的水看水中的魚一樣——看到的物體與實物相比發生模糊變形，望遠鏡的成像解析度會極大地降低。為此，天文學家想出了一個「迂迴」的辦法：以天上某處的亮星發出的光波為標準，觀測該光波通過大氣後會產生的畸變，再控制變形鏡來校正該畸變，就可以看到該處星空的清晰圖像，這顆作為光波標準的亮星稱為「信標」。

對於大型地基光學望遠鏡來說，天上亮度足夠作為信標的自然亮星數量很少，導致能夠看清晰的星空區域很有限，為了能清晰地觀測更廣闊的星空，天文學家又想出用「激光鈉信標」的辦法，即從地面發射一束黃色激光，來激發海撥約100公里高空中的鈉原子發出很強的熒光，從地面看就像顆人造亮星，稱為「鈉導引星」或「鈉信標」。

點亮鈉原子的目的，是為使大型天文望遠鏡看得更遠、更清楚。目前，鈉信標激光設備已成為包括TMT（美國三十米口徑望遠鏡）在內的大型望遠鏡的核心關鍵設備之一。然而，這項技術難就難在怎麼能讓鈉原子「亮」起來，而且亮度越高越好。「這要滿足兩個技術條件：一是鈉原子的譜線特別窄，而且還是包含兩個峰的譜型，要點亮鈉原子，就要讓激光波長非常精準地對準鈉原子譜線，並且把所有能量都集中在這個極窄的譜線縫裡，還要匹配鈉原子譜線的雙峰譜型，匹配度越高，亮度就越高，就好比『兩個針尖要分別精確對準兩個麥芒』」。

二是要在極窄的譜線內產生高功率、高光束質量的激光輸出，使鈉信標激光經過大氣傳輸100公里到達鈉層時，仍保持較小光斑與足夠高的功率，才能產生很亮的鈉導引星。這兩方面的性能要求高、技術難度大，國際上一直未能獲得突破。

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