大氣最顯著的特性之一是它不僅對陽光透明，對星光也是透明的。太陽下山後，當我們舉目仰望天空時，一幅由行星、恆星、星系和星雲組成的絢麗織錦照亮了天空。如果我們想看它，我們所要做的就是用合適的工具去看。但我們對地球上存在的事物的看法是有限的。即使在無雲的夜晚，任何來自太空的光線都必須穿過100公裡(60多英裡)以上的大氣層，而大氣層本身在密度、溫度和分子組成上都有連續的變化。任何進來的光線都必須與大氣相抗衡，即使大氣是透明的，光也不可避免地會被扭曲。天文學家第一次終於有能力克服地球的大氣層，看到「真實」的 太空。
這是目前在現代天文臺上使用的最先進的自適應光學系統，並在許多方面幫助天文學家製作出比像哈勃這樣的天基天文臺所能獲得的高質量圖像。觀察宇宙最好的方法是用你能造出的最大、最強大、最精確的望遠鏡。你的望遠鏡越大，能容納的波長就越多，解析度就越高。更大的望遠鏡也意味著更強的光收集能力，使你能更快更詳細地看到較暗的物體。你想要最暗的天空，遠離所有重要的光汙染源，包括城市、魷魚漁場，甚至月亮。你要在儘可能高的海拔和儘可能乾燥的條件下建造望遠鏡，消除雲層和水汽的影響。
莫納克亞山的山頂有許多世界上最先進、最強大的望遠鏡。這是由於莫納克亞火山的赤道位置、高海拔、高質量的景觀，以及它通常在雲層之上的事實。但是不管你的海拔有多高，你仍然有地球的大氣層需要應付。暖空氣上升，冷空氣下沉;風吹;地球自轉;等等。所有這些影響和更多的導致我們大氣中的分子不斷移動和抖動。從天文學的角度來說，每個觀測者都必須嘗試找到方法來補償你望遠鏡上的每個相機像素所受到的數以萬億計的分子幹擾。
我們的大氣層是一個動蕩的實體，層狀氣體層以某種混亂的、不可預測的方式從任何角度流動。平心而論，最低的層對我們的觀測來說是最密集和最具破壞性的，這就是為什麼望遠鏡是在如此高的海拔上建造的，而且是在眾所周知的空氣靜止乾燥的地方。
幾十年來，克服這一問題的唯一希望就是將望遠鏡發射到太空，使其脫離大氣層。但是在過去的幾十年裡，出現了一種新的方法來幫助解決這個問題:使用自適應光學。：如果你向外看一個天文目標並試圖拍攝它，大氣會從太空中嚴重扭曲光線，直到它到達你的望遠鏡。但如果你知道天空中哪怕是一個物體的確切位置和亮度特性——比如一顆恆星——你就可以通過一個程序來很好地補償大氣層。四個步驟如下:
測量來自整個視野的入射光，包括從已知的恆星。將光線精確地複製下來，使其到達目的地的時間延遲。計算出你需要一個鏡子的形狀，才能將引導星的扭曲光線還原到它原來的點狀形狀。然後創建一個反射鏡，反射所有延遲的光線。當這種延遲時，反射光到達你的傳感器，如果你工作做得正確，你應該有一個沒有失真的圖像。
這被稱為自適應光學是因為這不是一次性的適應，而是一個連續的過程。鏡子必須不斷地適應大氣中的混沌變化，以彌補不斷變化的失真。有一段時間，我們只能使用自適應光學來觀察附近有一顆已知的、大家都很了解的恆星的目標。但隨著我們技術的進步，我們不再受到這種限制。
我們的大氣層是分層的這一事實對於這種方法的成功至關重要。某些元素與其他元素是分開的，並且只在非常特定的高度才能找到。鈉是一種非常罕見的元素，它恰好集中在100公裡(60英裡)以上的薄層中。如果你向空氣中發射一束鈉雷射，它將不會受到幹擾地以直線運動(除了大氣扭曲)，因為低層大氣中的原子都沒有合適的量子特性來吸收它。雷射將繼續前進，直到它與在那薄的、高的層中發現的鈉原子碰撞，在那裡它將被吸收，並使它們進入激發態。這些被激發的原子然後自發地去激向各個方向，包括從雷射發射回來的方向。這種人造光源由地面的鈉雷射器製造，現在可以用作人造導星。
當然，這並沒有擁有一顆真正的恆星那麼好，因為只要地球的引力存在，大氣層就會繼續存在，儘管很微弱。由於這些遙遠的原子和分子所提供的阻力，即使是在大氣層上空數百公裡軌道上運行的衛星和天文臺最終也會落回地球。
2012年，我們首次使用當時世界上最先進的自適應光學技術，與雙子天文臺(Gemini Observatory)相連，在對比中超過了哈勃太空望遠鏡。下面這張圖片是用地面上的8.19米望遠鏡拍攝的，左邊是配備了尖端自適應光學儀器的望遠鏡，右邊是2.4米的哈勃太空望遠鏡。看看你能不能分辨出，雙子星座發現了一些被哈勃忽略的星體。
：有一天，我們可能會在月球上建造地面望遠鏡，或者擁有一個可工作的太空升降機，但那是很遙遠的事情。最近最偉大的進展，對未來來說是非常好的預兆，是拜帕拉納天文臺所賜，它擁有VLT:一個由四個8米級望遠鏡組成的陣列，位於地球上最好的觀測點之一。
通過創造四顆星而不是一顆星，天文學家可以更好地適應圖像的整個視野。人造恆星可以相互獨立地在天空中移動，望遠鏡也可以獨立地移動，這樣就可以獨立地優化每一幅圖像的自適應技術。這對於望遠鏡技術來說是一個巨大的成功，而且它有望在視野範圍內大大改善地面上的望遠鏡圖像。
幾十年來，應對氣候變化的唯一方法就是要麼接受它，要麼超越它。然而，在過去幾年裡，所有這些都在改變。是時候認真考慮為我們所有的大型天文臺配備像這樣的自適應光學系統了。如果這些改進繼續下去，地面天文學也許能夠超越太空望遠鏡，就每美元成像質量而言，一勞永逸!