聯(lián)合多個望遠鏡組成光學干涉儀可以大大提高光學望遠鏡的角分辨率，其工作原理與合成孔徑的射電望遠鏡陣列是相同的。但是光波的波長遠遠小于微波波長，光學干涉儀的技術難度遠大于合成孔徑射電望遠鏡，其相關技術也只是近年來才逐步完善成熟。VLT的角分辨率高達0.0005角秒，比哈勃太空望遠鏡還要高出50倍，意味著它可以分辨距其64萬公里外一輛小轎車的兩個前車燈。

VLT能夠分辨64萬公里外汽車的兩個前燈，它無疑是當今世界上分辨率最高的天文望遠鏡，但是某位院士宣稱：“我的儀器可以清晰地看到木星軌道上的汽車車牌”。他的那個儀器的分辨率比VLT至少還要高出上萬倍！至于為什么他的這個儀器沒有任何國際天文學家感興趣，其中的道理我就弄不明白了。

VLT的強聚光能力和高分辨率為本次實驗對S0-2星精確定位提供了可能性，但僅靠VLT是遠遠不夠的。因為本次實驗的重點是在紅外光范圍對目標物S0-2的位置坐標、速度和光譜結構的精細測量，目標物的紅外光到達地面的VLT望遠鏡系統(tǒng)時會受到地球大氣層的嚴重干擾。大氣擾動使夜空中的星星像是在眨眼睛，這番景象讓人們感覺到詩意盈然，但是對天文學家來說則是無盡煩惱。雖然太空望遠鏡可以避免地面大氣層的尷尬，但是太空望遠鏡的鏡頭尺寸受到限制，並且其制造、維護和使用的費用甚高。近年來逐漸發(fā)展成熟起來的自適應光學系統(tǒng)就是幫助地面大型光學望遠鏡克服大氣層干涉的利器。

如圖5所示，自適應光學系統(tǒng)由波前探測器、波前控制器、波前校正器組成。波前探測器，主要是探測目標物近旁的對照星體的波前畸變，波前控制器對于自適應光學系統(tǒng)來說就如同計算機的CPU，通過波前探測器得到的波前數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算求得波前相位，然后通過控制系統(tǒng)反饋給波前校正器調節(jié)變形鏡的各子模塊來補償畸變波陣面，提高圖像精度。所以，自適應光學系統(tǒng)通常也簡單地稱之為變形鏡。自適應光學系統(tǒng)獲取的圖像幾乎可與在太空中拍攝的一樣清晰，它可以用來觀測亮度很低的天體，并且從中能夠獲得更多的細節(jié)。

自適應光學系統(tǒng)的基本原理

自適應光學系統(tǒng)的效果示意圖。右邊和左邊分別是有和無自適應光學系統(tǒng)的銀河系中心成像效果對比。

自適應光學系統(tǒng)工作時，必須有一個和觀測對象亮度相近的對照星體，用它來估算出地面大氣造成的干涉效應，從而對望遠鏡鏡面形狀進行相應調整以抵消大氣的干涉。因為夜空中的目標物旁邊找到合適的對照天體并非易事，于是只能通過向高空大氣層發(fā)射激光束產(chǎn)生激光導星作為對照星體，這就使自適應光學系統(tǒng)有了更廣泛的應用。目前新一代自適應光學系統(tǒng)正在研發(fā)當中，這些技術包括同時使用多個激光導星以及高級自適應光學設備等等。

通過上面的介紹，就不難明白為什么這次實驗發(fā)生在2018年而不是2002年。S0-2繞行軌道周期是16年，2002年該星進入過與如今相同的極端狀態(tài)，可惜當時的甚大望遠鏡VLT和自適應光學系統(tǒng)都沒有準備好，天文學家們只能望星興嘆。但是這16年間，天文學家和眾多技術專家們作出了巨大的努力，終于在今年完成了這個極有意義的科學實驗。

世界上對S0-2恒星追蹤觀測二十多年的有兩支天文學家團隊。于今年7月26首先宣布這次科學實驗結果的是德國Reinhard Genzel領導的一個團隊，那么另一個團隊是誰？他們又做了些什么？其實正是這兩個問題引起了我的興趣并動筆寫作此文。

這第二個團隊是銀河中心研究組GCG(Galactic Center Group)，其成員來自加州大學洛杉磯分校UCLA，加州理工學院，夏威夷大學W. M. Keck天文臺。這個團隊的創(chuàng)始人和首席科學家是UCLA的安德里亞.蓋茨(Andrea Ghez)教授，她和她團隊中許多成員都是我校物理和天文學系的老師和學生，我和他們同系共事有相當長一段時期。蓋茨教授是美國國家科學院的院士、美國科學藝術研究院院士，世界著名的女天文學家，她的學術成就和奮斗經(jīng)歷足可寫成幾本好書。

銀河系中心研究組的研究重點是以盡可能高的角分辨率研究銀河系的最內(nèi)部區(qū)域及其中心的超大質量黑洞，目的是了解超大質量黑洞與星系的形成和演化之間的相互作用。為此，他們對S0-2恒星進行了長達二十多年的跟蹤觀測。

為了分辨恒星光譜引力紅移的牛頓力學模型和相對論模型之間的細微差異，必須讓S0-2恒星位于黑洞最近處的極端條件下進行觀測。除了時空彎曲，引起光譜紅移還有許多其它因素，因此僅在最接近的位置上確定紅移是遠遠不夠的。天文學家必須在S0-2繞行黑洞軌道的多個位置上作紅移觀測，真正有意義的引力紅移數(shù)據(jù)決定于S0-2在幾個位置上光譜紅移的差值和S0-2的精確運動軌道參數(shù)。

通過理論分析和計算機數(shù)值模擬，可以確定S0-2恒星軌道上有三個“轉折點”是測量相對論引力紅移的的最敏感時間點。2018年，S0-2將經(jīng)歷的三個轉折點分別是：速度最大點，距離最近點和速度最小點，即圖片7上的紅、綠、藍三點。到目前為止，對其中兩個轉折點的測量已經(jīng)完成，對最后一個轉折點的測量目前正在緊張進行之中。

德國的團隊完成了對S0-2的二個關鍵點的探測后就公布了實驗結果。對此，蓋茨教授向他們的競爭對手表達了祝賀，她說：“他們的數(shù)據(jù)看起來很漂亮?！钡脖硎舅膱F隊會堅持做完三個關鍵點的測試，計劃等到今年晚些時候公布他們的結果。

我會設法聯(lián)系蓋茨教授的團隊，希望能獲知本次科學實驗更多的細節(jié)和幕后花絮，如有可能將另成一文與觀察者網(wǎng)的讀者們分享。

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