指什么为什么

指什么为什么 天文观测用的指星笔是什么原理？为什么激光会突然断掉？

不要认为“指星笔”是什么特殊的天文器材，它实际上就是一根普通的激光指示器（Laser pointer）而已，是一种便携式的“激光发生器”，由于体积和外观近似于钢笔或小型手电筒，故而被俗称为“激光笔”或“激光手电”，更广泛的用途是教学、演讲及沙盘指示。

换言之，天文爱好者们只是都喜欢用一根激光笔来标记星星的位置，于是激光笔就有了“指星笔”的别称。

值得一提的是，使用不同“工作介质”的激光笔会发出不同波长的光线，因此具有“红、橙、绿、蓝、靛”五种光色，由于670-635纳米波长的红色激光可以直接通过“激光二极管”来产生，所以红色激光笔的制造成本是最低的，在同规格、同品质的情况下，售价往往也较低。

除此之外，合格的激光笔发出的必定是单色光，即使穿过三棱镜也不会产生色散现象，而普通的彩色灯具发出的有色光往往是由红、绿、蓝三基色混合而成的复色光，一穿过三棱镜就会“现形”。

指星笔一般采用绿色光线的激光笔。

激光笔的工作介质有固体（如三硼酸锂铯晶体）和气体（如二氧化碳）之分。

绿色光线的一般都是固体激光器，主要部件有激励源、聚光腔、谐振腔反射镜。

▲固体激光笔的结构激励源大多为氪弧灯、碘钨灯或钾铷灯；固体工作介质则是非线性晶体。

将具有“受激发射”作用的金属离子掺入晶体中，就能将激励源产生的光能转换为1000纳米左右的近红外激光，再经过聚光腔和谐振腔反射镜将倍频转换为532纳米，如此一来，发射出去的激光就成为绿色了。

采用绿色光线作为指星笔并不是光线本身有什么特殊之处，而是由于人类的肉眼对绿色光线的感知最敏感，即使是5mW(IIIA)的低功率绿色激光，在光污染较强的夜晚也能显得十分清晰瑞利。

这就意味着你哪怕随便买一只几十元的廉价激光笔，只要它发出的是绿色光线，你朝天发射就必定能看见一束笔直明亮的“绿线”直指苍穹。

由此可见，指星笔的选择主要侧重于光色，而非功率。

事实上，大功率的激光笔体积也偏大，便携性相对就变低了，主要用于有强光干扰的复杂环境中（譬如白天或明亮的展厅内），用来指星是没有任何意义的，毕竟夜空不存在强光干扰。

并且，所有合格的激光笔发射的光束除了在强光环境下的明亮度不同之外，并没有任何差异——无论激光指示器的功率有多大，朝天发射的光束都会在同样的高度“忽然断掉”，这是在“丁达尔效应”下产生的一种视觉现象。

丁达尔效应有一件事情应该不难想到：人类的肉眼本来就无法从侧面或后面看见光，因为肉眼是通过感知光子来看东西的，站在光线的侧面就意味着没有任何光子能进入我们眼睛，那我们又如何看见光呢？我们之所以在使用激光指示器的时候，能在侧面看见一条明亮的线条，是由于空气中存在大量粒子，其中有许多粒子的直径小于入射光的波长，于是会将光线散射到四周，当这些被散射出来的光线进入我们的眼睛时，我们就从侧面“看见了”激光，这种现象就被称为“丁达尔效应”。

从这个意义上来讲，我们看见的并不是激光本身，而是激光撞到空气粒子时发散出来的“散射光”。

然而当光线穿过大气层之后就没有空气了，自然也就无法产生丁达尔效应了，故而一束朝天发射的激光，一旦穿过大气层就必定会“忽然消失在视野中”——无论功率多高的激光都不例外。

天文观测使用的指星笔就是利用激光的特性用来指示夜空中的目标或者对目标进行较为精确的快速瞄准。

激光是英语Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（LASER）的缩写，意思是“通过受激辐射产生的光放大”，简单说就是原子受激辐射的光，故名激光。

具体原理是原子外围的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，释放的能量以光子的形式放出。

激光除了具有亮度极高、颜色极纯、能量极大等特点之外，还有一个非常有用途的特征就是定向发光，普通光源会散射，要让光朝一个指定方向传播，需要给光源装上聚光装置，使光辐射汇集起来才能向一个方向射出。

而激光器发射的激光，自然就是朝一个方向射出，并且光束接近平行，即使照射到极远的地方，光斑也不会放大多少。

天文爱好者用于指星的激光器，最常用的是30mW（毫瓦）以下功率的绿色（波长515-520nm, 532nm）激光笔。

因为大气层中气体分子的瑞利散射，绿色激光在夜晚使用效果最佳，所以这种激光笔常被天文学爱好者们用于指点恒星和星座，或者装在寻星镜支架上对目标进行快速的定位。

绿色固体激光器很容易小型化，所以价格能够做到非常便宜，这也是天文爱好者喜爱使用的原因之一。

因为激光指星笔可以清晰的指明星星或星座位于天球上的方位，即使站在距离持指星笔很远的人也能看到所指向的目标。

除此之外，因为天文观测是户外活动，并且观测场合往往在偏远地区，容易受到野生动物或者犬类的骚扰，因为激光器发出的强烈光线不是自然界能产生的常见现象，对那些有攻击性的猎食动物来说，明亮的激光束与光斑对这些动物来说，是未知且可能危险的，所以激光笔可以对野生动物及狗类具有恐吓与干扰效应，一定程度上可以保障观测者的安全。

专业天文观测领域的大型地基光学望远镜对天观测时，大气扰动使星光波前畸变使得这些大型精密光学设备的实际分辨率大幅下降，这个问题长期困扰高精度天文观测，因此就发展出了自适应光学技术，以校正大气造成的波前畸变，使望远镜达到近衍射极限分辨率。

激光钠导引星便是用激光激发海拨约90公里高空电离层中的钠原子产生人造亮星，作为自适应光学校正的信标源，这是自适应光学望远镜的核心技术之一。

至于你提到的光束看起来好像突然断掉了，那是因为激光束可以看作一根教鞭，虽然它指向无限远的目标，但这个目标位于天球上的投影是有方位的，光束就像是一条从激光器连接到目标方位的一条线段，当你从侧面观察，或者激光束到目标及你到目标的视线之间的夹角很大时，所看到光束自然不会越过天球上的目标继续延伸成无限长的光线。

另外光束是通过空气中的微尘变得更显眼的，而微尘越多，光束衰减的越快。

激光有危险，使用要当心。