我国的数字化天顶望远镜样机

经典的光学天体测量技术观测得到的是地方铅垂线在恒星背景上的指向,它受重力场变化的影响,因而可用于垂线变化的测量和研究.这对天文学和地球科学的交叉研究领域具有特殊的意义,非甚长基线干涉测量(VLBI)、激光测距(SLR)等技术所能取代.经典光学的天体测量技术的最大缺陷是观测效率低、多数仪器的自动化程度低、需要的人力较多、有的目视观测的仪器还有观测者的误差,难以降低随机观测误差的影响.为此,我们利用CCD等相关新技术、新器件,研制成功了口镜为20 cm的数字化天顶望远镜样机(digital zenith telescope DZT-1).试观测表明,DZT-1做到高效率,每晚可观测上万个星次,这对抑制随机观测误差的影响,提高观测精度起到很明显的作用.同时DZT-1自动化程度高,甚至可通过遥控实现无人值守观测.同时因其小型化和易于移动,便于垂线偏差的流动测量,适于在地学领域及天文领域推广应用.     

地震前天文时纬观测异常现象的研究进展

介绍了天文时间和纬度观测资料的残差在地震前出现短期异常波动现象的发现及多年来开展的相关研究的进展,分析了不同地区天文时纬仪器的时纬残差异常变化与其周围地区地震的关系及残差异常变化的特征.论述了地方铅垂线的震前异常变化造成的天文时纬残差的异常波动,以及天文时纬观测监测垂线变化的意义及对其开展深入研究的重要性,讨论了该现象发展成为有效的强地震短期前兆的可能性和深入该研究目前面临的情况和应当注意解决的问题.提出了研制新型高精度自动化天体测量仪器在地震多发区布设试验观测网,以深入发展该研究并优化观测及提取异常信息用于短期地震预测的方法等建议.     

忽略1.6μm偏振计算对二氧化碳反演精度的影响

散射引起的偏振效应会对卫星遥感二氧化碳精度产生较大的影响.本文利用逐线积分方法和累加法精确模拟了星载仪器近红外1.6μm波段的大气层顶偏振辐射特征,计算了分子散射和气溶胶散射引入的偏振效应,分析了偏振效应对大气二氧化碳反演精度的影响.研究表明:1.6μm波段散射引入的偏振效应明显,并随太阳高度角、观测天顶角、气溶胶光学厚度、地表反射率而变化.除个别大角度观测天顶角外,偏振效应随太阳天顶角升高、气溶胶光学厚度增加、地表反射率的减小而变大,并且在吸收线位置的影响要高于窗区.忽略偏振效应导致的大气二氧化碳反演误差随太阳天顶角的升高、气溶胶光学厚度的增加以及地表反照率减小而增大,并且该误差与仪器观测角度有关.模拟结果显示在高太阳天顶角、高气溶胶光学厚度以及低反照率场景下,忽略偏振计算可能引入高于10 ppmv(1 ppmv=10~(-6) L/L)反演误差,远高于1~2 ppmv观测需求.为减小误差,基于该波段的二氧化碳反演需要考虑大气辐射偏振的影响.     

基于毛玻璃的全日面太阳像平场测量和改正方法

全日面太阳光球像和色球像是监测太阳活动的主要数据,对望远镜观测的原始图像进行平场改正是数据处理过程中的基础工作.本文尝试利用毛玻璃测量全日面太阳光球和色球像的平场,通过理论模拟和实地测量验证了该方法的有效性.首先,模拟计算了太阳经毛玻璃扩散后在观测视场内形成的面光源的均匀性,其均匀度为99%,可以用来测量平场.其次,在全日面太阳光球和色球望远镜上的实验结果表明,本方法获得的平场像能够改正原始观测像中高频的脏点和光路不均匀性,因平场观测和常规观测图像中杂散光影响不同,导致平场改正像存在低频失真,但可通过理论临边昏暗图像对平场改正像进行低频信息修正.修正后的平场改正像与理论临边昏暗像相关系数达到0.99以上.最后,以HMI发布的光球像和GONG发布的色球像作为参考像,选取活动区所在小视场和宁静区大视场,分别与利用本方法实验改正后的光球像和色球像进行了结构相似度等方面的量化对比.对比结果表明,改正像的各项指标均优于原始像.本文提出的平场测量和改正方法简便易行,且容易实现自动化测量,为全日面太阳望远镜的平场测量和改正提供了新方法.     

基于不同取向的CCD图像准确求解底片常数模型

使用云南天文台1米望远镜上新安装的2k×2k CCD观测疏散星团NGC2168, 并在观测过程中旋转CCD支架90°分别成像. 采用UCAC2星表的星表位置对视场中星象的量度坐标进行归算表明: CCD视场具有明显的扭曲, 即在星象标准坐标(ξ,η)与量度坐标(x,y)的关系模型中, (x,y)对(ξ,η)的影响高达4次方项. 另一方面, 较亮的UCAC2星的位置测量精度可达~7 mas(视场大小为7′×7′, 曝光时间为60 s). 在高精度定位的CCD成像观测中, 这一新的发现对于提高天体测量精度将具有重要的意义.     

大型光学望远镜发展的现状与动向

大型光学望远镜是取得天体光学波段观测资料的基本仪器。迄至本世纪五十年代,人们着眼于一步一步地加大望远镜的口径,以追求更大的聚光本领去探索更广阔的宇宙空间。功勋卓著的美国天文学家海耳(G.E.Hale)一生中相继主持建造了迄今世界上最大的叶凯士的1米折射望远镜,以及威尔逊山的1.5米、2.5米反射望远镜,和帕洛玛山的5米巨型反射望远镜。在他身后,有人曾想建造更大口径的望远镜。由于鲍恩的科学论断,说服了人们放弃单纯加大口径的笨拙想法。他指出,4架5米望远镜要比1架10米     

浅谈天文望远镜（上）

我从小就喜爱仰望繁星点点的神秘天空,听大人讲述各种神话故事,更渴望自己能通过望远镜真实地了解星星、月亮的奥秘,这样一个愿望一直到了高中二年级才得以实现,当时只观看了十几秒钟的火星,却至今难忘。今天和几十年前的世界已大不相同,不少的中小学,甚至不少的青少年都拥有自己的望远镜,他们多么希望能通过实际的天文观测来探索宇宙的奥秘,从中开阔眼界、增长知识、增强动手能力,并获得无穷的乐趣。可是他们常常为找不到合适的指导文章而烦恼,本栏目将试图填补这个空白,较系统地介绍望远镜的原理、使用方法,介绍不同天体的观测技术和方法,介绍不同天体有趣的特色,希望广大读者能从中得到有益的帮助。 (中国科学院紫金山天文台 王思潮)     

腾格里沙漠东南缘沙丘表面风沙流结构变异的初步研究

对腾格里沙漠东南缘沙丘表面各部位输沙量观测数据的分析结果发现, 风力作用下的沙粒在沙丘表面上、下坡运动时, 其输沙量垂线分布出现明显的变异. 在距沙面0~20 cm高度范围内, 沙丘迎风坡各部位和丘顶输沙量垂线分布均符合单一指数递减规律; 沙丘背风坡输沙量垂线分布出现两个不同的变化区间, 多数以距沙面8~12 cm高度为界, 下部输沙量随高度呈指数函数形式递减, 上部为幂函数规律减少. 在沙丘迎风坡, 由于上坡运动沙粒跃移轨迹长度沿坡向上减小, 随着风速和总输沙量向丘顶方向增加, 风沙流上层输沙量趋于相对减少; 在背风坡, 下坡运动的跃移沙粒起跳高度和轨迹长度增加使风沙流上层输沙量相对增加.     

韦布空间望远镜与哈勃空间望远镜

波长 韦布的主要观测波段为红外,并且拥有4台用来拍摄天体图像及光谱的科学仪器.这些仪器提供的波长覆盖范围为0.6～28微米(1微米等于1×10-6米).而电磁波谱的红外部分处于0.75微米左右到几百微米之间.这意味着韦布的工作范围主要在电磁光谱的红外段,在可见光范围内(特别是在可见光谱的红色和黄色部分)也具有一定的观测能力.     

甚长基线干涉测量技术在深空导航中的应用

甚长基线干涉测量技术(Very Long Baseline Inteferometry,VLBI)就是将几台分布在不同地点的射电望远镜联网同时工作,通过无线电波干涉的方法,综合成一个巨大口径的望远镜,以提高天文观测的角分辨率和测量精度.     

天体系统的自相似性

小行星、行星、恒星、星团、星系、星系团及超星系团等天体系统,按质量(10~(17)～10~(48)克)和大小(10~6～10~(26)厘米)形成层次或等级.英国剑桥大学的韦桑(P.S.Wesson)对层次宇宙学或等级式宇宙学研究了多年.前不久,他分析了天文界多年来的观测数据后指出,由万有引力作用结合在一起的各类天体系统是自相似的,即与这些天体系统的尺度大小无关.其自相似特征主要表现在两个分别反映天体系统密度律和自转律的无量纲量η1≡GρR~2/c~2和η_2≡ωR/c上.这里R是天体系统的典型尺寸,ρ、ω分别是该系统的平均密度和平均转动角速     

银河系新视野

近10多年来,地面的和航天的现代天文仪器进行了银河系的大规模观测,得到了银河系在射电、红外、X射线、可见光的多波段的精彩新图像,有很多重要的新发现.银河系现今展现为比以前想象的更丰富、更复杂、更活跃的天体系统.     

利用太阳自转提取全日面太阳望远镜的平场和偏振本底

平场和偏振本底改正是全日面单色像和偏振像数据处理的必要步骤.本文假设太阳自转一周过程中望远镜的平场和偏振本底不变,基于此从怀柔太阳观测基地第2144个卡林顿周的单色像和Stokes Q/I,U/I,V/I图像中利用中值算法提取出平场和Stokes I到Q,U,V的偏振本底.利用该方法提取的平场中包含一些小尺度的脏点、大尺度的光强不均匀性,提取的Stokes I到V的偏振本底成马鞍面分布,Stokes I到Q,U的偏振本底成倒钟形分布.平场改正后可以得到较理想的单色像.日面边缘偏振本底较大的宁静区扣除偏振本底后Stokes Q/I,U/I,V/I的平均值分别为-0.8×10~(-4),0.9×10~(-4),1.3×10~(-4),远小于改正前的-6.8×10~(-4),2×10~(-3),1.7×10~(-3).该方法无需定标观测,从常规观测数据中即可提取出平场和偏振本底,对天基、远程无人值守观测的数据标定具有重要的应用价值.     

北京天文台Ⅱ型光电等高仪时纬残差异常与地震的相关性

震前经典天文时纬残差出现短期异常的现象,自发现以来研究工作不断深入。现象逐步得到证实和确认,其物理机制及利用经典天测仪器提供短期地震预报信息的可能性也被研究和探讨。目前正在使用的经典天测仪器中,中国制造的光电等高仪具有自动化程度和观测精度高的优点。安装在中国科学院云南天文台的一架,周围发生过几次地震,已被证明它的残     

嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术

嫦娥二号卫星轨道为运载火箭直接将卫星送入地月转移入口点、近月点100km高度月球捕获型轨道.该类型轨道确定及精度评估是测控需要解决的关键问题之一;X波段测量技术实验数据处理方法及精度评估是测定轨中要解决的另一关键问题.本文针对喷气卸载对转移轨道定轨的影响提出了截短观测弧段以提高轨道解算精度的定轨策略,提出了基于入轨轨道与地月转移第一次中途修正量的入轨点精度评估方法,以及基于渐进重叠弧段的近月捕获轨道精度评估方法,在摄动力分析的基础上给出了100km高环月工作轨道月球重力场模型选用策略.给出了深空相位测量数据处理方法,对X波段测距及DOR数据噪声进行了评估.分析表明,文中给出的定轨策略正确、可行,嫦娥二号卫星在地面控制中心的测控下准确进入环月工作轨道;X波段测量数据处理与精度分析方法正确,测速及时延数据噪声降低70%以上,测轨实验数据精度有显著提高.X波段测轨技术与数据处理方法适用于后续深空探测.     

日照边缘区电离层对2003年10月28日大耀斑的响应

利用国际GPS服务中心(IGS)的GPS观测数据, 分析了2003年10月28日特大耀斑期间日照边缘区域的电离层总电子含量(TEC)的响应特点. 计算结果表明, 这是有相关记录以来最强烈的一次电离层总电子含量突增事件, 在地面太阳天顶角80°到110°的空间范围内, 观测到了明显的由耀斑辐射引起的总电子含量突增. 在太阳天顶角90°区域的TEC增加值大约为7 TECU, 在110度附近的总电子含量的增加值大约在1~2 TECU. 总的来看, 太阳天顶角越大, TEC增幅越小, 但在天顶角大于90°的区域TEC随天顶角的减少的速度要大于天顶角90°以内的区域.     

FY-3卫星紫外臭氧总量探测仪

“风云三号”气象卫星是我国第二代极轨气象卫星, 其上搭载了我国自主开发研制的紫外臭氧总量探测仪TOU, 它的主要任务是测量地球大气对太阳紫外辐射的后向散射, 以反演地球大气臭氧总量的全球分布, 为环境监测、气候预报和全球气候变化研究提供重要参数. 目前已完成了在轨测试, 取得了圆满成功, 即将交付国家卫星气象中心, 进入工程业务化阶段. 本文主要介绍TOU测量原理、仪器概况, 分析了仪器的灵敏度特性, 辐照度测量精度、漫反射板衰变和波长漂移情况以及产品可用性. 结果表明, TOU反演的全球臭氧分布图与OMI的臭氧总量产品一致性很好, 均方根偏差约为5%. 这表明利用TOU观测数据和我国自主开发的反演技术, 可获得满意的大气臭氧总量全球分布数据.     

基于CT成像和数字体图像相关法的岩石内部变形场量测方法的研究进展

在采矿工程、边坡工程、隧道工程、水利水电工程及新兴的岩体工程如深埋油气储库、地下核废料处置库、地热开发等生产开发过程中,岩石是主要工程对象.直观观测与定量表征应力场、渗流场和温度场等多物理场耦合作用下岩石内部非连续结构演化始终是岩石力学重要和具有挑战性的研究内容.高精度微CT能够在微细观甚至纳米尺度上观测岩石内部结构,通过与数字体图像相关法结合,可实现岩石内部变形场的透明可视化与定量解析,为岩石的非连续结构与多物理场效应的透明解析和推演提供了新的有效途径.本文回顾了近年来微焦点CT在岩石内部结构检测、数字岩心和内部变形场量测方面的应用,详细阐述了CT原位扫描实验与数字体图像相关法的原理及主要进展,分析了岩石微细观结构对应变场测量精度的影响及数字体图像相关法在岩石内部变形测量中的典型应用,探讨了数字体图像相关法测量岩石内部变形场面临的挑战.     

天体Ⅰ型X射线暴中的核物理

X射线暴(X-ray burst)是指天体的X射线亮度突然增强10～50倍的天文现象.它是发生在由一颗中子星(或者黑洞)和一颗伴随的"捐赠者"伴星(通常为红巨星)所构成的密近双星系统里的剧烈核过程.作为宇宙中发生最频繁的热核爆炸事件, X射线暴已广泛为国际上众多基于卫星的X射线观测站所观测和研究,其中包括2017年中国发射的"慧眼"硬X射线调制望远镜.核物理学家需要提供精确的核物理输入量,例如原子核质量、衰变寿命、核反应率等,结合天体物理模型,进而深入理解X射线暴中天文观测到的光变曲线、双星系统相应的天体物理环境参数,以及爆炸灰烬中的核素丰度分布等重要科学问题.本文针对天体Ⅰ型X射线暴中关键核反应研究进行了系统的阐述,详细介绍了X射线暴中的一些主要核合成过程,以及所需的关键核物理输入量,总结了相关研究方向的具体目标,为研究者指出了未来可能的研究方向.     

“嫦娥三号”月球探测器的轨道确定和月面定位

我国探月工程二期"嫦娥三号"月球探测器(CE-3)在月球正面虹湾以东地区登陆,这是我国首次在地球以外的天体成功实施软着陆.CE-3采用X频段测距测速联合VLBI测量技术进行定轨定位工作,其中VLBI采用了ΔDOR测量技术,测量精度较CE-1/CE-2任务有很大提高.本文评估了CE-3地月转移段、环月段和动力落月段的定轨精度,分析了着陆器定位以及巡视器相对定位精度.分析结果表明环月100 km×100 km和100 km×15 km轨道确定精度分别约为20和30 m,精度比CE-2提高约50%,与同时期国外月球探测定轨精度相当.CE-3新增了动力落月段和月面工作段的定轨定位工作,本文利用运动学统计定轨方法确定了CE-3动力落月轨迹,综合分析落月轨迹确定精度优于100 m.利用统计定位方法确定了着陆器的在月固系的位置,以及巡视器相对于着陆器的相对位置,着陆器定位结果和LRO图像数据差异小于50 m,差分群时延数据巡视器相对定位精度在百米量级,而利用高精度的差分相时延数据,结合一定的数据处理策略,可以得到精度在米级的着陆器和巡视器相对定位结果.