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.     

50 mm白光球载日冕仪:Ⅰ.基本结构与地面观测实验

本文介绍一台口径为50 mm、用于在浮空平台上进行观测的白光日冕仪.工作波段为5500?,透过带宽为50?,为传统的Lyot式日冕仪,可观测1.08–1.50个太阳半径范围的内日冕.用鑫图的Dhyana 95V2-YNTT sCMOS相机采集观测数据.对日冕仪进行了三次地面观测实验:第一次在云南丽江高美古观测站进行,另两次在海拔4800 m左右的四川稻城无名山观测站进行,后两次实验获得了较为理想的日冕白光观测数据.与美国高山天文台的20 cm口径K-cor日冕仪在同一天之内观测到的结果基本一致,说明白光日冕仪的研制获得成功.同时获得的天空背景亮度表明,稻城无名山是一处较为理想的高海拔太阳观测址点.     

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.     

从磁绳的日面足迹揭示日冕物质抛射内部磁通量的演化特征

作为太阳大气中最剧烈的大尺度爆发性磁活动,日冕物质抛射是引发近地灾害性空间天气的首要驱动源.时至今日,在爆发过程中,日冕物质抛射内部轴向磁通量的详细演化特征尚不明确.近期,国内太阳物理学者提出了一种优化的识别方法,成功提取并研究了日冕物质抛射主体磁绳结构在太阳表面的足迹及其完整变化信息,发现爆发磁绳的轴向磁通具有先快速增大,随后逐渐减小的演化特征,且与伴生耀斑的能量释放过程具有很好的时间对应性.这一研究定量地给出了日冕物质抛射爆发过程中内部磁场参量的变化规律,对理解日冕物质抛射的三维爆发过程有着重要的意义.     

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.     

日冕仪的設計、制造和試驗

1.緒論日冕是太阳外层稀薄的大气,其中有許多带电的粒子,在它的光譜中有許多高次电离的金属原子所生的譜綫,这说明它的溫度很高,約有一百万度,射电观测也证实了这一点。在这种高溫下,稀薄物貭的物理性貭的研究,不仅在天文上,而且在物理上也有着巨大的意义。日冕的光和太阳周圍的散射光比較起来十分微弱,所以在平时观测日冕是很困难的,过去天文工作者只有在日全食的时候,才能观測日冕,这样很不方便,而且每次观测的时间也非常短促,为此长久以来許多人都尝試制造一种仪器,使得不在日全食的时候也可以观测日冕,这样的仪器就是日冕仪,它首先由利欧(B.Lyot)在1930年制造成功,用它在拔海2870米的高山上並在下雪之后成功地观测到了日冕和日珥。     

太阳爆发的抵近探测

本工作将介绍一项具有重大科学和实际意义的深空探测任务,这项任务的顺利实施将允许我们在一个前所未有的近距离上以遥感和实地探测手段相结合的方式观测和研究一颗恒星的磁活动以及磁重联区域.首先,我们将首次直接进入太阳风暴的核心能量释放区——磁重联电流片内部,对其中的磁场耗散、能量转换、带电粒子加速等重要过程的细节进行精细实地测量和研究.其次,我们将对太阳风暴,即日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)的物质成分和内部结构进行直接探测,帮助我们深入研究和了解CME的爆发机制和其中的物质来源;实地探测快CME前面的快模激波,被磁重联和CME激波加速的带电粒子及其所产生的电磁辐射.第三,我们将在离开太阳5-10个太阳半径的距离上直接测量日冕磁场-太阳活动的能量来源.第四,利用成像和光谱观测手段,我们能够近距离地观测和研究太阳高层大气中的动力学过程.目前在地球附近对日冕常规观测的分辨率在1.5′′,甚至更差,而通过抵近观测可以将同样设备的分辨能力提高5-30倍,将为我们提供在地球附近无法获得的太阳超清晰图像以及相应的物理信息,让我们在一个前所未有的平台上来研究、认识和了解距离我们最近、对我们最重要的恒星,从而解决太阳爆发和日冕加热等长期困扰太阳物理研究领域的难题.这也将使我们获得唯一的、能够对发生在恒星大气中的磁重联过程进行直接或者是抵近探测的机会!     

日冕物理的辐射磁流体数值模拟研究

太阳的最外层大气日冕中发生着多种活动现象,如耀斑、日冕物质抛射、日珥、冕雨等.为了深入研究这些活动现象的非线性物理过程,通过辐射磁流体数值模拟,构建多维数值模型是主流的研究手段之一.数值模拟日冕等离子体的宏观行为需要求解磁流体力学、辐射、热传导和加热等物理过程.首先简要介绍了求解这些物理过程的主流数值算法.求解磁流体力学方程组的数值格式由网格界面值的重构方法、黎曼问题近似解法、磁场散度控制方法和时间积分方法等部分组成.之后,综述了辐射磁流体数值模拟对太阳活动区磁环、耀斑、日珥和冕雨等日冕中的活动现象的研究进展.     

国内期刊亮点

<正>专刊推介LAMOST巡天及早期成果星系是宇宙结构的基本单元,恒星形成和演化的场所。研究和阐释星系的形成和演化是21世纪天体物理学的重大问题。银河系是唯一可以将其星族组成解析为单体并进行细致研究的旋涡星系。位于河北省兴隆县、由中国科学院国家天文台运行的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)是当今世界上光谱获取率最高的大口径、宽视场光谱巡天望远镜。2012     

太阳的立体观测

本文分析了太阳物理研究的核心问题以及观测需求的发展趋势,阐述了对于太阳的立体探测尤其是太阳磁场的立体观测在科学上的必要性,预期了这样的观测对太阳物理研究将产生的重大影响.并同时介绍了我国太阳物理界所达成的未来(2035/2050)太阳活动立体探测计划,该计划将围绕三位一体的立体探测展开,即立体观测太阳磁场、立体观测太阳高能辐射、立体多波段观测太阳耀斑三维结构和日冕物质抛射等.     

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.     

基于统计学习技术的太阳质子事件预报模型

结合太阳耀斑与日冕物质抛射参量作为预报因子建立太阳质子事件预报模型。描述太阳耀斑的三个特征参量包括耀斑峰值流量、持续时间和耀斑维度;太阳质子事件的三个特征参量分别为CME宽度、CME速度和测量位置角度。首先使用信息增益率评价各参量对质子事件发生的重要度,结果表明相比于耀斑峰值流量和持续时间,CME宽度和速度对质子事件发生具有更高的重要性。基于上述参量,应用线性Logistic回归方法建立质子事件预报模型。对模型进行检测并与只选用耀斑参量的预报模型的预报结果进行比较,结果显示采用耀斑结合CME参量的预报模型具有较高的预报准确率和较低的虚报率,尤其对于质子事件发生的报准率提高较多(67.5%上升到90%)。实验结果验证CME参量作为预报因子的有效性。     

有子源类星体射电偏振参量的统计分析

如采用子源间线距D作为表征有子源类星体的演化参量,对于法拉弟消偏振起主要作用的有子源类星体,统计分析表明存在以下演化性质: (1)λ_(1/2)与D之间没有明显的相关性,但(?)与D之间有很显著的相关性。(2)m_(max)与D之间的相关性表明,在演化过程中子源磁场的无规成分逐渐增大。(3)在总能量取极小条件下获得的磁场强度没有明显的演化趋向。(4)若法拉弟深度的分布具有高斯型,则子源中的热电子密度在演化中明显下降: (?)     

FAST望远镜新发现一批脉冲星

正近日,我国科研团队利用FAST望远镜(500米口径球面射电望远镜)开展银道面脉冲星巡天,并取得重要进展。我国科研团队新发现了201颗脉冲星,相关研究成果作为封面文章发表在《天文和天体物理学研究》上。脉冲星是大质量恒星死亡后的残骸,是宇宙中密度最高、磁场最强、自转最快、相对论效应显著的一类天体,既是研究宇宙极端环境中物理规律的理想实验室,又是天文和物理的前沿研究领域。     

金属板条波导气体激光器传输模式的分析

对金属板条波导激光器的传输模式进行了理论分析,得出板条波导腔中本征模的场分布规律.该板条波导的结构尺寸:宽度α=20 mm,高度b=2 mm,即α>>b,因此在波导宽度(χ方向)上的损耗远远大于在波导高度(Y方向)上的损耗,并且在波导高度的方向上形成电场沿y方向、磁场沿χ方向振动的混合模EyHxmn,即电场偏振方向沿Y方向,磁场偏振方向沿χ方向.     

降雪回波的双偏振雷达云相态垂直特征分析

双偏振多普勒天气雷达为探测降雪回波提供了丰富信息,其中距离高度显示RHI(range height indicator)垂直特征有助于识别降水云体相态分布的精细结构。以2018年1月3～5日南京信息工程大学C波段双偏振雷达RHI扫描的暴雪回波为例,结合探空资料进行物理量诊断,研究暴雪回波偏振参量和非偏振参量的相态分布垂直特征及其与大气风温湿结构的关系。结果表明:暴雪回波中,雷达高带或淞附效应存在于6 km高度附近,温度在-12～-15℃,含有湿雪和冰晶粒子;2 km高度附近的差分反射率因子强回波带为增温增湿的层云,层云之上的热力不稳定易促进对流抬升,揭示了冬季降雪具有高架对流的特点。研究结果有益于深入认识降雪在垂直方向上的精细结构及云微物理机制,提高降雪的预测能力。     

磁场对恒星结构演化的影响

近年来人们发现磁场对恒星结构和演化有着重要的影响。本文简述了磁场产生的发电机原理,即恒星对流区的α-Ω发电机和辐射平衡区Tayler-spruit磁场发电机。Maeder&Meynet(2005)根据Tayler-spruit磁场发电机研究了磁场对恒星结构和演化产生的影响。他们发现磁场极大地增加恒星内部各层之间的耦合,使得恒星内部为接近刚性转动,而无磁场的恒星其内部为高度的较差自转。同时有磁场的恒星模型其表面有较高的N,He等元素增丰,同时带来C,O元素的消耗。磁场还引起恒星内部子午环流,剪切湍流等物理过程的变化。     

高能天体物理对某些物理基础的检验及启示

首先简要介绍天文学中的某些新探索;其次讨论天体磁场和天文学中可能存在的电磁广义相对论;第三研究高能天体物理和Pauli不相容原理(PEP)的适用性;第四探讨天文学中能够提供的信息,提出太阳系中各个行星的偏心率、天体演化方向等问题,并且讨论太阳中微子和新模型;第五探索γ射线暴(GRB)和轻子星;最后讨论宇宙时间,探讨地球的最终命运和人类可能的宇航.     

爱因斯坦探针:探索变幻多姿的X射线宇宙

爱因斯坦探针(Einstein Probe,EP)是一颗面向时域天文学的、发现型的X射线天文探测卫星,是中国科学院空间科学战略性先导专项十三五规划的空间科学卫星系列任务之一.展望未来十年,时域天文学将进入一个前所未有的、多波段和多信使的大视场监测的黄金时代.在软X射线窗口,灵敏且快速的全天监测为我们提供了一个难得的科学机遇.EP卫星将在这一能段窗口开展时域巡天监测,旨在发现和探索宇宙中的X射线暂现源和爆发天体,并发布预警以引导其他天文设备进行后随跟踪观测.EP的科学载荷包括一台宽视场软X射线监视器(3600平方度,0.5–4 keV)和一台后随观测X射线望远镜(0.3–8 keV).卫星具有快速机动反应能力以及暂现源警报的快速下传功能.由于采用了新颖的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术,其探测灵敏度和空间分辨率比目前在轨运行设备提高了1个数量级,将能监测更远、更大的宇宙空间范围.预期EP将在以下三方面做出贡献:高能暂现天体的系统性巡天监测,发现隐身的沉寂黑洞并测绘宇宙黑洞的分布、研究其形成演化和物质吸积过程,搜寻来自引力波事件的X射线信号并精确定位等.此外,EP的探测目标还将包括从中子星、白矮星、超新星、宇宙早期伽玛暴、X射线闪到恒星耀发等众多的天体和现象,涉及广泛的天体物理学分支.卫星计划于2022年底左右发射.运行寿命为3年,目标5年.     

大规模天文光谱巡天

21世纪是光学天文迅速发展的阶段,主要是得益于多个天文大规模巡天项目的开展(2dF,6dF,RAVE,SDSS,LAMOST和Gaia等).这些大规模光学巡天项目主要是光学光谱巡天,目的是获取数以十万、百万甚至千万计天体的光谱.本文着重介绍了国际上的SDSS项目和我国自主创新的LAMOST望远镜以及所取得的光谱巡天成果.LAMOST是一种新型的反射施密特望远镜,突破了大规模光谱巡天所需要的大视场兼备大口径望远镜的技术瓶颈,成为世界上天体光谱获取率最高的望远镜.已经发布的LAMOST光谱数据集DR1中有200万条天体光谱,其中有170万条恒星光谱和包括108万条恒星光谱的参数星表.