1.3 地球大气和天文学的缘分

    按照严格的界定，地球的大气并不是天文学的研究对象。但是地球大气却和天文研究有着不解之缘，地面上的天文观测不可避免地隔着地球大气"雾里看花"。如果我们对地球大气没有足够的了解，天文学研究就无法进行。

    很长一段时期，天文学研究都只在可见光波段进行。一方面是我们只知道有可见光，另外一方面是可见光波段是地球大气对其透明的少数窗口之一，这二者或许不是偶然的，但这个问题太深刻，而且不是天文学的研究对象。因为受大气吸收较少，在地面上就可以进行可见光波段的研究。这些研究也带给了我们海量的关于天体的信 息。

    随着光的电磁波本质被揭示以及光的波粒二象性的提出，人们意识到可见光并不是研究天体性质的唯一途径，射电波，红外线，紫外光，以及"神秘"的X射线都可以成为研究手段。大气对射电和红外的某些窗口也透明，因此射电天文和红外天文得到了很大发展。但是大气吸收严重的紫外波段和X射线波段的天文学直到人类掌握了人造卫星技术之后才成为可能。

    紫外和X射线天文学是只能到空间去的，而人们发射光学（即可见光）的太空望远镜则有另外的考虑。虽然地球大气对可见光透明，但是大气并非静如止水，其中有 大大小小各种尺度湍流元，这会造成折射率的不均匀，光线通过大气中的这些湍流元的时候就会偏折，并且方向随时间变化，这也就是为什么我们看到的星（点源）像是闪烁不定的。这样，即使观测一个点源，我们接收到的图像也会变成一个模糊的光斑，于是我们观测分辨率就会受到限制。而在太空中，大气以外工作的望远镜就不受这个限制，分辨率可以达到很高（衍射极限），这也可以给我们提供更多的信息。

    大气对天文观测的影响对天文学家而言是很糟糕的，它使得某些波段的观测在地面无法进行，它使得星像模糊，分辨率降低。但是，对于研究地球大气的和研究湍流 的科学家而言，这种影响却是他们所需的研究资料。事实上，我们可以通过比较太空望远镜的观测结果和地面望远镜观测结果的差异得到对研究大气和湍流的科学家有用的数据。由于天文观测需要一定的时间才能完成一次观测，所以关于大气的一些瞬变的信息可能难以得到，但是我们可以得到一些物理量的平均值。例如， 比较太空望远镜和地面望远镜得到的同一天体的光谱，我们可以知道大气在不同频率处的吸收情况，从而我们可以推算大气的水汽含量等物理量。

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