用于地月空间VLBI的望远镜信号合成增强技术

在我国探月工程四期中,将利用地面望远镜和月球轨道射电望远镜共同组成的超长基线,开展X频段空间VLBI试验.由于地月基线长达400000 km, UV覆盖不均匀,不适合开展常规的VLBI成图观测,相关科学研究应充分利用地月基线高角分辨率的特点并充分考虑其基线灵敏度.该试验中的空间望远镜口径仅为4.2 m,相应的中国VLBI网所属X频段射电望远镜均为25–65 m的中等口径,且地月基线长度远超过地球直径.为尽可能提高地月基线灵敏度,本文提出利用国内多面中等口径地基VLBI望远镜参与地月基线观测,通过对相关处理机输出的各条地月基线VLBI互功率谱进行综合,将各个中等口径VLBI望远镜信号进行合成,达到一个100 m级的地基大口径望远镜与月球轨道小口径望远镜进行VLBI干涉的效果.本方法基本思路为,基于软件相关处理机的输出结果,通过对齐各基线的相位,补偿基线时延,对各条地月基线的互功率谱进行相干合成,从而达到提升信噪比的目的.基于此方法,我们利用火星探测器"天问一号"实测数据进行信号合成VLBI试验.结果表明,通过进行基线的互功率谱合成,可以使基线信噪比有明显提升.此方法也可应用于未来其他有类似需求的空间VLBI数据处理.     

星系形成演化模型中的冷气体成分

星际介质中的冷气体是星系的重要组成成分,主要由分子气体H_2和原子气体HI两种成分组成,它们参与了星系形成和演化的各种物理过程,是形成恒星的原材料.目前基于星系形成和演化模型来研究分子气体和原子气体主要使用半解析模型和流体动力学模拟两种方法,两种方法都存在各自的优势和不足.本文主要介绍了近年来这方面模型工作所取得的进展,并介绍了模型所给出的一些最新结果和预言.这些结果能很好地符合和解释已有的H_2和HI气体的各种观测,并可以为今后ALMA,ASKAP,SKA,FAST等大型射电设备对HI和CO气体的观测做理论模型预言和巡天观测指导.     

GASKAP大规模巡天天区中目标源查找工具的比较研究

在射电天文领域,SKA项目以及作为SKA早期项目如MeerKAT,APERTIF,ASKAP和中国的FAST的提出与建设很快就会将射电天文学带入一个海量数据产生的新时代.这些海量的数据需要研究者搜集、管理、处理分析和存储,计算机控制下自动分类筛选预处理迫在眉睫.寻找有效的方法在巡天收集的大量数据中来确定独特的源的模拟工作正在进行.针对GASKAP(ASKAP银道面谱线巡天项目)目前用到的源查找工具主要有Duchamp、Clumpfind、Seleavy等.我们比较几种工具找源的表现,以提高目标源查找的效率.     

FAST的进展——科学、技术与设备

随着射电天文学的发展,高灵敏度的大口径射电望远镜成为射电观测的重要设备.我国正在建设中的500 m口径球面射电望远镜(FAST)将成为世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜,它有望在中性氢巡视、脉冲星搜索、国际VLBI网联测及地外生命搜寻等重要前沿领域取得突破.本文介绍了FAST工程概念的提出及望远镜概况,列出了FAST的主要科学目标及早期科学准备,重点叙述了FAST工程在科学、技术与设备方面的最新进展,并对FAST工程的发展做出了展望.     

LAMOST选星关键约束条件分析与建模

针对LAMOST望远镜的特点提出了在制定星系红移巡天的观测计划过程中需要考虑的各种约束条件,重点对静态约束条件建立了算法模型,并通过模拟试验的方法分析了各类静态约束条件对观测产生的影响.     

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.     

500 m球反射面射电望远镜FAST

500 m口径球反射面射电望远镜FAST将是国际上最大、最灵敏的射电天文望远镜. 利用贵州喀斯特洼坑作为台址, 在洼坑内铺设 500 m 球冠状反射面, 通过主动控制形成抛物面以汇聚电磁波, 采用轻型钢索拖动并联机器人实现望远镜的指向跟踪, 其三项创新开创了建造巨型望远镜的新模式. FAST 涵盖的天文学内容丰富, 从宇宙初始混浊、星系演化、恒星乃至太阳、行星与邻近空间事件等的观测研究, 都有非常强的竞争力, 其中脉冲星探测、中性氢和奇异暗弱天体成像等课题蕴藏着巨大的发现机遇. 作为一个多学科研究平台, 拟回答的问题不仅是天文的, 也是面对人类与自然的; 它将在日地环境研究、深空探测和国家安全等方面发挥重要作用; 其建设将推动众多高科技领域的发展. 旨在介绍FAST 的科学意义和应用价值, 评述关键技术的预研究现状, 同时对未来项目发展提出建议.     

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。     

CANDELS巡天简介

CANDELS巡天是哈勃空间望远镜历史上最大的多波段图像观测项目,其科学目标主要是借助高分辨率WFC3(Wide Field Camera 3)/近红外波段图像数据,研究高红移(z1)星系的形成与演化。CANDELS巡天包含5个观测区域,总面积约800平方角分。独一无二的空间条件和很深的图像深度已使CANDELS在天体物理学领域取得越来越多重要的科学成果。根据国内相关研究者的需要,该文对CANDELS巡天的观测、数据结构、图像数据预处理给予简要的介绍,以使国内感兴趣的同仁对该巡天项目有初步的了解。     

一对近邻大质量早型星系的并合性质

星系并合在星系的形成与演化中具有关键作用,利用深度曝光成像观测数据,研究了一对相互作用星系的并合性质以及其中一个星系壳状结构的起源.结果表明:壳状结构的g-i颜色较星系中心处蓝,多波段能谱分布显示壳状结构的u*波段颜色较核心更蓝.这说明星族年龄更年轻或金属丰度更低,因此壳状结构来源于次并合,其所产生的壳状结构为主星系贡献了14.1%的恒星质量. 2个星系各自整体的能谱分布表明它们的星族性质十分接近,结合中性氢的观测结果可知这对星系正在进行主干并合(major dry merger).通过对并合时标的估算得出在没有新的并合事件发生的情况下,这对星系将在～1.4 Gyr后并合成为1个恒星质量为～2×1011M⊙的贫气体星系.     

星系紫外深场巡天观测进展

紫外波段是星系能谱分布中的重要部分.其包含大量原子、离子和分子的共振线以及研究重要物理过程的连续辐射,提供了理论研究重要的观测限制.在星系研究中,紫外辐射追踪大质量恒星,是测量和理解宇宙中恒星形成历史的重要工具.紫外辐射也可追踪大质量黑洞吸积盘,是理解吸积物理过程的重要手段.其涉及的关键科学问题包括宇宙正午时期的恒星形成历史与星系演化、宇宙重子物质缺失、宇宙再电离能量来源以及星系吸积和外流反馈等.本文重点阐述了紫外深场巡天观测的发展现状及其在星系科学研究中发挥的作用.主要介绍了深场仪器的基本参数、深场观测的目的和任务,以及数据及科学产出,并对国内外正在计划中的未来紫外观测进行了总结和展望.     

星系团的性质与其最亮成员星系中的恒星形成活动的相关性

基于哈勃空间望远镜的CLASH巡天观测数据,对其中23个大质量的、红移范围在0.18z0.89的星系团的物理性质(质量、中心区域的熵等)与其最亮成员星系(最亮团星系)中的恒星形成活动间的关系进行了研究。研究表明最亮团星系的恒星形成率与其宿主星系团的质量、中心区域的熵值存在明显的相关:质量越小、中心区域熵值越低的星系团中其最亮团星系的恒星形成率越高,而与最亮团星系本身的物理性质(如恒星质量)几乎不存在相关。研究结果意味着:造成中等红移最亮团星系中的恒星形成活动的冷气体来源于其宿主星系团内的热气体冷却,而不是星系本身。     

用于地月空间VLBI的加权全频谱信号合成技术

在我国探月工程四期嫦娥七号任务中,中继星将搭载一个4.2 m口径的X波段抛物面望远镜.该望远镜将与地基望远镜构成具有400000 km空地基线的月球轨道VLBI实验系统,实施地月空间VLBI实验.为尽可能提高空地VLBI基线灵敏度,提出了采用加权全频谱合成(FSC)技术增强地基信号.本文先理论推导了信号合成后的效果及两个望远镜信号合成时的最优加权系数比值.然后设计了VLBI加权全频谱合成算法,并基于实测信号利用网格搜索的方法找到最优加权系数,结果与理论推导相符.最后,利用“嫦娥四号”多组VLBI原始观测信号进行测试.结果表明,本文设计的信号合成算法可以大幅度提高VLBI基线射电源信号的信噪比.     

麻省理工学院的Max Tegmark 访谈:星团、团块、斯隆数字巡天

斯隆数字巡天(SDSS)在其网页上将自己标榜为“曾经进行过的最具雄心的天文观测”,这样说并不夸张。由于采用了很可能是曾经建造过的最大的数字摄像机(至少对于民用而言),SDSS的2．5m望远镜可在单次观察中测量600个星系和类星体的光谱。在2005年6月完成的第一阶段运行中,该巡天观测项目记录了近2亿个天体的影像,测量了67．5万多个星系和9万多个类星体的光谱,并由此确定了它们的距离。     

LAMOST大天区实际观测时间模拟

为了充分发挥LAMOST在实际观测中的巡天能力,利用SSS的基本算法,使用从兴隆观测站的近10年的时间观测记录作为观测时间,进行全天区(包括SGP位置)的巡天模拟.这次模拟将对望远镜的实际观测能力、光纤利用率、天区覆盖等指标给出重要的参考数据.     

LAMOST大天工实际观测时间模拟

为了充分发挥LAMOST在实际观测中的巡天能力,利用SSS的基本算法,使用从兴隆观测站的近10年的时间观测记录作为观测时间,进行全天区(包括SGP位置)的巡天模拟.这次模拟将对望远镜的实际观测能力、光纤利用率、天区覆盖等指标给出重要的参考数据.     

河外星系恒星形成的物理规律探讨

冷气体(T<20 K)是星系中恒星形成(SF)的原料,冷气体随引力塌缩成致密分子云核并终将继续塌缩转变成SF到恒星,而SF反馈又推动着星系的形成和演化.详细了解气体的性质,描绘SF和星系的物理关联以及SF对星系的反馈等,是当今极为重要的关键研究.本文主要总结了河外星系中SF的物理规律,探讨了SF与冷气体的相关关系,特别是随着对SF的进一步物理认识,归纳了我们对SF与致密气体关系的系列相关研究,从河外星系整体的研究到对近邻星系空间分解以及与银河系内致密云核的跨度10个数量级的关系;甚至是对更高密度的致密气体,从星系整体到近邻星系空间分解以及河内致密云核的跨度10个数量级的线性相关关系,并指出在ALMA时代SF研究方向的未来发展前景.JCMT的大项目MALATANG提供了对极高密度致密分子气体在近邻星系中大规模分布和SF的认识,了解在星系的中心和更广阔的漩涡盘区各种不同气体状态与致密分子气体和SF之间的物理关联,以及SF和致密分子气体在不同物理尺度上的联系等.随着ALMA/NOEMA的观测推进以及下一代望远镜的投入,有望最终获得不论是遥远或近邻星系从分子云尺度到星系局部、整体各个不同物理尺度上对致密气体和SF的物理性质和规律、多谱线诊断和星系局部SF效率等前沿问题的突破性认识.     

北京天文台:两年发现25颗超新星

国际天文协会天文电报中心通报No.6829 河外星系NGC3877中的超新星SN1998S 北京天文台曹莉报告,3月2日周婉在0.60米望远镜的CCD像中发现了一颗超新星,这是北京天文台超新星巡天的结果。它的亮度为15.2等。位于河外星系NGC3877西面16秒、南面48秒处。加州大学伯克莱分校A.V.Fillppenko     

LAMOST科学观测计划

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)是由中国科学技术大学与国家天文台、南京天文光学技术研究所共同承担的国家重大科学工程项目.LAMOST在口径、视场和光纤数目三者结合上超过了目前国际上所有的多目标光谱巡天计划的装置.本文介绍了它将在河外星系、银河系结构与演化及多目标认证三方面的科学巡天计划.LAMOST的建成将对宇宙学、星系形成及演化、恒星物理等天文学中广泛的科学课题的研究做出重要的贡献.     

谱减法与维纳滤波法相结合的睡眠鼾声降噪处理

为提高鼾声信号的信噪比,提出了一种传统谱减法和维纳滤波法相结合的睡眠鼾声信号预处理方法.首先利用传统谱减法对带噪鼾声信号进行初步增强,使用子空间投影法将带噪鼾声投影到噪声和纯净信号两个子空间并得到信噪比,再由信噪比得到维纳滤波器的传输函数,谱减法处理后的鼾声信号通过该滤波器后会进一步降低噪声.对叠加白噪声的鼾声信号的仿真结果表明,文中方法可获得高于谱减法和维纳滤波法单独使用时的信噪比,降噪效果优于传统谱减法和维纳滤波法.