超广角切伦科夫望远镜原理样机数据获取系统研制

文章介绍了超广角切伦科夫望远镜原理样机数据获取系统设计方案和初步测试结果。望远镜原理样机数据获取系统采用NIM(Nuclear Instrumentation Module)标准插件+SCD(Switched Capacitor Digitizer)并行阵列形式,该系统具有高灵敏度、低噪声、快速触发(30ns)、快速存储等优点。西藏羊八井观测站测试结果显示,该套数据获取系统成功观测到宇宙线事例,能够满足望远镜和闪烁体阵列,符合观测宇宙线的设计需求。     

中国DZT网ERP测量系统站网分析

为研究利用数字天顶仪(DZT)组网观测开展我国独立自主地球自转参数(ERP)测量技术和服务体系研究中站网的选取对测量精度的影响,以精度衰减因子(DOP)为精度评定指标,通过仿真实验研究分析了不同站点数量和影响空间几何构型的站点跨度及覆盖面积对测量精度的影响.结果表明:站点数量和网形几何强度(站间跨度和覆盖面积)对观测精度的影响具有相关性;测量精度与站间跨度呈中等相关性,与站点覆盖面积呈强相关性,且当站点数量较少时,站点的空间网形结构极大影响测量精度.给出了在备选站点下不同数量的最优方案,可为中国DZT网ERP测量系统网形设计提供参考.     

土星及其卫星CCD位置精确测定的图像处理方法

在克服前人图像处理技术缺陷的基础上, 我们成功试验出一种基于土星光环边缘检测的处理技术来精确测定土星位置的方法, 并进一步实施了对土星本体和光环产生的晕的处理. 因此, 可以获得更多的机会来精确测量离土星本体和光环很近的土卫1(Mimas)和土卫2(Enceladus)的位置. 利用中国科学院云南天文台1 m望远镜3个晚上观测的127帧CCD图像实际测量表明: 土星光环几何中心位置的测量与其主要卫星(土卫3~6)位置的测量具有同样好的精度, 单次测定的标准误差优于±0.05″. 新的图像处理技术将对CCD子午环观测土星位置以及长焦距望远镜观测土星暗卫星位置均有重要的推动作用.     

基于双波束的天马望远镜主反射面面形快速测量

天马望远镜的主反射面受重力、热等因素的影响会发生大尺度形变.主动反射面是补偿大尺度形变,保证望远镜电性能最有效的手段.对主反射面形变的快速测量是主动反射面高效率工作的核心问题.目前的测量耗时约为20 min,耗时较多.本文提出了一种基于双波束的相位恢复法,此方法基于双波束的天线方向图具有相似性和重叠性的特点,在保证测量信噪比的同时,通过减少扫描区域来缩短测量时间.与单波束测量相比,可将测量时间缩短1/2以上,提高了观测时间利用率.通过测量两个波束的一组部分聚焦和两组部分离焦天线方向图,再经过最小二乘数据处理得到大尺度形变.在天马望远镜对重力和热形变的实测表明,本方法可在8 min内测量得到不同情况下的主反射面面形,测量精度可达55μm.此方法有效地改善了望远镜波束,提高了望远镜效率,可应用于其他具有多波束接收系统的大型射电望远镜.     

2.5 m大视场高分辨率望远镜

为了显著提升我国太阳物理研究水平、满足国家对空间天气监测和预报的重大战略需求,同时兼顾夜间时域天文学观测的需要,我们建议研制一架2.5 m大视场高分辨率望远镜(WeHiT).它将是世界上首架既做白天高分辨率太阳观测又做夜间大视场巡天观测、具有重大创新设计的特殊望远镜.它的科学目标覆盖了太阳物理、时域天文学、星系物理和太阳系外行星物理等天文领域的前沿热门课题,可为我国、特别是高校的天文学家提供一流的观测资料.特别是,作为全世界最大的轴对称太阳望远镜,具有比所有大型太阳望远镜更大的视场,可提供前所未有的太阳活动区高分辨率资料,在太阳活动区和太阳爆发现象(特别是耀斑和日冕物质抛射)的研究中有望取得突破性成果,并为我国空间天气学研究提供宝贵资料;作为中国时区的大口径、大视场望远镜,对于持续严密监控超新星、伽玛暴和大质量双黑洞等时变天文现象十分重要,将填补国际上的空白,提供在中国时区的第一手观测资料;同时在窄波段星系巡天、临近星系研究及系外行星搜索等许多领域提供宝贵的高质量资料.     

南京大学65 cm天文望远镜指向精度的修正研究

天望远镜的准确指向是正常观测的重要保障，也是望远镜系统本身的一项重要测试指标，南京大学天系65cm望远镜的成像OCD的视场较小，实际观测时，指向精度不高，待测天体的像往往不在视场内，为了修正南京大学天系65cm望远镜的指向精度，2004年7月-8月，对该望远镜的指向精度进行了测量并通过指向误差函数进行了指向精度的修正，首先建立指向误差修正模型，通过对不同天区恒星的观测可得到该望远镜在相应方位的观测指向误差值，将观测值和理论模型拟合，从而得到指向误差修正函数．建立南京大学65cm望远镜的指向误差修正模型，然后对其观测的指向误差值进行拟合，最后用拟合函数对观测进行指向修正，结果表明，通过指向误差函数对指向误差进行修正，提高了该望远镜系统的指向精度，目前，不仅可以使观测的星象能在CCD视场内，而且改正后的指向精度略优于1′，在修正前望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)是117″，修正后望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)提高到38″。     

FAST观测规划系统设计与研发

望远镜的动态调度是决定望远镜产出率的关键因素。本文在学习国内外望远镜调度规划的基础上,结合FAST实际情况,设计了FAST观测管理系统,同时实现了FAST观测规划子系统。FAST观测调度规划是一个多目标优化问题,本文在考虑影响望远镜观测数据质量的天气条件、观测目标的科学价值等影响因子的情况下,采用遗传算法对FAST观测申请MSB进行动态调度规划,最后将规划好的观测申请解析成FAST总控系统识别的指令集文本发送给总控系统。该系统还将向用户展示场址基本信息以及观测申请的观测进度等。通过观测调度,提高FAST的观测质量和产出率,同时减少观测人员的负担。     

基于GPS的FAST望远镜馈源平台自动测量控制系统

500m直径大射电望远镜(简称FAST望远镜)的跟踪观测是由馈源的空间运动来实现,因此馈源在搜索运动过程中要保持很高的稳定性。就馈源平台自动控制系统对位置和姿态测量精度要求进行分析,提出了采用实时动态技术和全球定位系统(GPS)姿态测量技术进行馈源平台的实时监控,以实现整个FAST望远镜对宇宙射电源的自动化跟踪。介绍了GPS时实动态姿态测量原理和FAST监测系统的构成,以及姿态测量的数学模型和解算方法。该方法在50mFAST馈源模型上试验得到馈源平台中心点位精度为5.65mm、姿态精度0.345°可以满足FAST望远镜一次支撑的精度要求。     

TeV耀变体

地面切仑科夫望远镜阵列(IACTs)与空间费米大面积望远镜(Fermi-LAT)的协同观测,推动了耀变体高能辐射的研究,特别在耀变体的宽线区结构(BLR)、喷流的物质组成、粒子加速、辐射过程、以及高能宇宙射线起源等方面取得新进展.同时,耀变体产生的TeV伽马射线和极高能粒子在传播过程中会与河外背景光(EBL)、微波背景(CMB)及星际磁场(IGMF)发生作用,可以用TeV耀变体研究河外背景光及星际磁场的强度,以及它对宇宙学的影响.本文中,我们简要介绍了TeV耀变体的观测设备、统计性质和相关的研究进展等内容.     

中国巨型太阳望远镜

建设中国下一代大型地面太阳望远镜是我国太阳物理学科的共识.与当代1 m量级口径的地面大型太阳望远镜相比,下一代地面大型太阳望远镜更关注太阳和恒星物理的基本问题,对分辨率和磁场测量精度提出了更高的要求.计划中的中国巨型太阳望远镜是一架分辨率口径达到8 m,有效聚光面积不小于20 m2的望远镜,可探测太阳大气的基本结构及其演化.中国巨型太阳望远镜将为人类最终解决恒星磁场的起源、日冕加热等基本物理问题提供详尽的观测证据,为准确预报空间天气提供必要的理论和观测依据.     

WFST等望远镜对千新星的探测能力与观测策略研究

本文模拟了红移z <0.2的双中子星并合源,并通过采用一个简单的千新星模型,计算了这些并合源所对应的千新星光变曲线.分别分析了大视场巡天望远镜(WFST)、大型综合巡天望远镜(LSST)和巡天空间望远镜(CSST)对这些模拟千新星的观测能力.发现WFST和LSST的最佳波段是g波段,它能观测到最多的源.此外,最佳双波段联合观测策略为:在最初的1.5天以内,通过g/r波段观测事件;在1.5天以后,通过r/i波段观测事件.对于CSST而言,通过采用深度无缝光谱来观测,发现GU波段能够在前1.5天观测到事件, GV波段能在前3.5天观测到事件, GI波段可观测事件的时间最长.同时我们发现,观测倾角对光变曲线的影响与质量比有关,对于质量比q <0.8的源,不同观测倾角对光变曲线的影响很小;但是对于质量比q> 0.8的源,观测倾角对光变曲线的影响则非常明显.     

空间太极计划:到太空探测引力波

正2016年2月11日,高新激光干涉仪引力波天文台(aLIGO)宣布探测到引力波,开启了引力波天文学和引力波物理学时代,吸引了全世界的天文学家和物理学家聚焦于这一全新的领域。与光学望远镜可分为地基望远镜和太空望远镜一样,对引力波的观测也可分别在地球和宇宙空间进行。我国已计划开展多波段的引力波观测,其中最激动人心的当属在太空观测引力波的"空间太极计划"。为了一窥这一宏伟计划的究竟,本刊专访了空间太极计划的首席科学家胡文瑞院士和吴岳良院士。     

相位恢复全息——基于远场幅值的天线表面精度检测

射电望远镜的表面精度除了受到面板加工及装配精度影响以外,在实际使用中还要受到重力变形,温度变形以及风载的影响.对于高频观测,微小的表面变形将对望远镜的观测性能带来较大影响.相位恢复全息方法是一种利用远场幅值进行表面检测的方法.因其不需额外的设备,同时具有测量方便及运行速度快的优点,在天线反射面测量领域获得了广泛的研究和应用.本文将对其中运用最广泛的Misell算法和OOF(Out of Focus)算法进行探讨,并通过仿真标准卡塞格伦天线对两种算法进行对比分析.     

300 mm折射望远镜跟踪精度和极轴指向的实测研究

利用广东省高校天文观测与技术重点实验室的300 mm折射望远镜,作者分别对亮星轩辕十四和天狼星进行了长时间的跟踪观测,通过CCD采集图像数据并进行数据分析,得到了该望远镜的跟踪精度和极轴指向.结果显示,2013年该望远镜极轴指向和2010年的指向有明显变化,但仍保持着较高的跟踪精度,平均每分钟星象漂移量略小于0.4”.文章的方法可用于望远镜极轴的校准.     

基于天文台址条件提升LAMOST-Kepler/K2巡天项目的预研究

为充分利用Kepler空间望远镜2009年4月-2018年10月对约80万颗恒星的超高精度时序测光数据，LAMOST望远镜于2012和2015年分别开启了对Kepler(K1)和K2天区的低分辨率光谱观测，即LK1和LK2巡天项目.在统计了LK1和LK2项目的观测覆盖率之后，就台址条件优化对项目的提升进行了预研究.结果表明：截至2021年6月，LAMOST对K1天区目标星的覆盖率为43%，对K2天区可观测目标星的覆盖率为38%；如能将台址视宁度、天光背景，以及晴夜数这3个方面提升至品质较好的天文台址水平，则LAMOST对K1天区的覆盖率将在2个观测季后达到80%，对K2天区也将在4个观测季后达到70%.     

光杠杆、标尺望远镜组测量微小变化量的误差分析

以光杠杆、标尺望远镜组测量微小变化量原理为依据，就镜面、标尺和望远镜光轴等偏调，对测量微小变化量的误差进行了分析。     

海上动态GPS大气可降水量信息反演

基于精密单点定位(PPP)技术,对海洋上空大气可降水量(PWV)信息反演方法进行研究。采用随机游走过程估计方法,动态模拟船载GPS接收机天顶对流层湿延迟(ZWD)在时间和空间尺度上的随机变化。利用渤海湾船载动态GPS测量数据和同步气象观测数据,结合海洋动态环境,以渤海湾MM5模式积分水汽为参考值,详细分析不同随机过程噪声约束和卫星截至高度角等因素对PWV提取精度的影响。结果表明,选取槡2～5mm/h的随机过程噪声约束以及7°～10°的卫星截至高度角,海上船载动态PWV反演结果与MM5模式积分水汽基本一致,其偏差的绝对值均小于3 mm,均方根误差优于1.2 mm。     

科学触角

暗物质理论遭受打击智利天文学家莫尼·比丁(Moni Bidin)和同事利用欧洲南方天文台位于智利的4架望远镜,对超过400颗恒星的运动进行了观测,给太阳周围的空间称重量。虽然无法直接进行测量,但可以通过此区域内物质对附近恒星运动施加的影响进行推断,获得的新数据严重违背暗物质理论的预期结果。他们发现,在其调查的空间内,最多只可能存在1/10的暗物质。该研究论文于今年4     

自适应光学技术在天文观测中的研究进展

自适应光学技术克服大气湍流的干扰,使大口径光学望远镜的角分辨率不再受限于大气相干长度,成像接近光学系统的衍射极限.自适应光学技术在波前探测、校正和提高成像视场等方面的不断进步,极大地促进了天文学的发展.目前,天文观测中的自适应光学技术按应用主要分为三类:传统的大视场高分辨率天文观测、系外行星观测和太阳观测等.它们对自适应光学技术的要求各不相同,本文分别对自适应光学技术在这三方面的应用和其他关键单元技术的进展,进行了详细的总结与展望,这些对未来我国发展大口径自适应光学望远镜有参考价值.     

太阳米粒组织目标特性对望远镜相关跟踪系统的影响

研究太阳目标特性对太阳望远镜相关跟踪图像稳定系统的影响,采用Hinode太阳光学望远镜的观测数据,对以2min为时间间隔采样的5幅太阳米粒组织图像进行相关计算.针对国家天文台正在研制的空间太阳望远镜(SST)主光学望远镜(MOT)相关跟踪图像稳定系统,分析了太阳米粒组织随时间衍化对相关跟踪系统图像移动计算精度的影响以及米粒组织动态变化对望远镜曝光时间的影响.仿真结果表明,更换参考图像时间不能大于2min,并且在保证算法实时性的情况下,选用参考图像的尺寸与相关跟踪系统定位精度成正比.