天山射电实验探测极高能中微子和宇宙线

宇宙中微子正开启一个电磁波观测宇宙之外的全新窗口.然而,传统的中微子探测手段由于造价过高,导致探测器有效面积不足或观测时间有限等问题,不便于进行高能中微子(一般认为能量大于1015 eV为超高能,能量大于1018 eV为极高能)的观测.射电阵列,采用造价低、全天候观测的射电天线,可以建造大面积的观测阵列,达到极高能中微子天文学和极高能宇宙线探测所需的高灵敏度.在科技部国家重点基础研究发展计划项目"宇宙第一缕曙光探测"的资助下,原型阵列TREND(天山射电探测中微子探测器)在2011–2012年的运行过程中取得了重要的成果,仅依靠单极化接收天线阵列,首次证明了不依赖于传统粒子探测器的自触发射电探测方式可以对高能粒子大气簇射进行有效探测.我们计划建造一个巨型天线阵列GRAND,这将是世界上1017 eV以上最灵敏的高能中微子望远镜,可以对高能中微子进行有效的观测.     

太阳空间探测的过去与未来

在简要回顾国际太阳空间探测历史的基础上,结合我国太阳空间探测的现状,重点阐述了我国天文界近年来开展太阳空间探测规划研究情况,并就未来发展,简要介绍了规划中拟开展的深空太阳天文台、先进天基太阳天文台、空间甚低频观测阵、立体观测太阳磁场、高分辨太阳X射线成像望远镜、以及空间站候选项目—高灵敏度太阳高能辐射探测等计划.     

中国大型射电望远镜在引力波探测方面的潜在突破

中国已经建设、正在建设和将要建设成更多的射电望远镜,本文着眼于讨论这些望远镜在引力波直接探测方面的潜在突破.其中,基于最新的脉冲星噪声参数和望远镜设计指标,计算了使用不同射电望远镜以及他们的组合开展脉冲星测时观测的技术能力,在此基础上进一步计算并讨论了利用这些望远镜开展脉冲星测时阵列的可能性及其引力波探测的能力预期.研究发现,大型望远镜如贵州500m口径球面射电望远镜和计划中的新疆奇台110m全可动望远镜的配合将大幅度提高现有国际脉冲星阵列测时能力,建成这些望远镜之后,极有可能在短期内获得重大突破.     

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.     

射电日像仪和月球微波辐射计的时空一致性

为了丰富火成活动及热演化历史研究所需的时间序列数据,在协同分析明安图射电日像仪(Mingantu ultr-awide spectral radio heliograph,MUSER)月球微波探测数据和月球微波辐射计(microwave radiometer,MRM)数据的基础上,建立了新的地基对月观测手段.此外,从月...     

中国地基大太阳望远镜

随着中国太阳物理及空间科学的发展,地基大型光学和红外太阳观测设备已成为中国不可或缺的科研装置.本文首先从太阳物理研究及空间灾害性天气预报的角度阐述了发展大型地面太阳观测设备的必要性,回顾了近年来我国及全球地基太阳望远镜的现状,介绍了欧美下一代大型地基太阳物理观测设备的主要构想及计划,重点叙述了由我国太阳物理界共同提出的中国大型地基太阳望远镜计划及其关键技术和试验,最后介绍了该计划（包括台址勘选）的进展状况.     

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.     

2003年6月13日太阳耀斑事件的多波段分析

2003年6月13日04:30(UT),中国科学院国家天文台怀柔观测站的太阳射电频谱仪在1～2/2.6～3.8/5.2～7.6 GHz射电波段上观测到太阳耀斑爆发.几乎在同一时刻,RHESSI在硬X射线波段、TRACE在极紫外波段、SOHO/MDI也观测到这一爆发事件.分析了整个耀斑过程,得到以下3个结果:1)射电爆发过程中出现了几个反向漂移结构,频漂速度为200～800 MHz·s-1,电子的运动速度为1 000～6 000 km·s-1.2)硬X射线爆发与射电爆发之间关系非常密切.在50～100 keV波段,2个磁足点均有HXR爆发,其中一个足点的磁场较另一足点的磁场强;而在12～25keV波段,HXR爆发源只有1个.3)EUV爆发过程中源运动的空间尺度与射电爆发中电子运动的空间尺度一致,它可能反映了射电源的源区尺寸.通过HXR源与射电源之间的关系来确定射电源可能存在的空间位置.     

毫米波甚长基线干涉测量的发展与展望

甚长基线干涉测量(VLBI)的出现为天文学研究提供了很高的角分辨率(空间分辨率),为人们认识和理解活动星系核(AGN)现象起到不可替代的作用.毫米波VLBI以其独有的优势正在成为天体物理学研究中最有效的研究工具之一.本文简要回顾了射电干涉测量的发展历程,重点介绍了毫米波VLBI的发展历史与现状,及其在活动星系核研究中的重要作用.展望了未来几年随着大口径毫米波段望远镜以及望远镜阵列的加入,毫米波VLBI的发展和应用前景.     

利用默奇森大视场阵列旁瓣探寻北天脉冲星

探索新的方法对发现和观测脉冲星具有重要意义.本文利用澳大利亚的默奇森大视场阵列望远镜MWA(Murchison Wide-field Array)中心频率185 MHz的观测数据进行脉冲星搜寻,探测到了两颗高纬度北天脉冲星,经分析认定为J0332+5434和J2219+4754.它们位于MWA主波束视场以外赤纬30°以北,而落在MWA非相干波束的北天旁瓣.虽然射电望远镜旁瓣的灵敏度远低于主瓣,但大多数脉冲星的低频流量更高,因而仍然可以利用低频望远镜旁瓣对它们进行搜寻与观测.本文将对低频脉冲星的搜索流程和结果进行阐述,并讨论利用MWA射电望远镜旁瓣进一步搜寻和观测北天脉冲星的可能性.通过对已知射电脉冲星的统计和MWA探测灵敏度的模拟,预计有30颗已知北天脉冲星可以在MWA旁瓣中被探测到.此工作是未来使用SKA低频阵列搜寻北天脉冲星的有益探索.     

国家天文台将启动8大天文工程

为实现中国天文学研究的跨越式发展，加快追赶世界先进水平的步伐，国家天文台近期将启动实施8大天文工程。这8大天文工程分别是：大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)、空间太阳望远镜(SST)、500m口径球面射电望远镜(FAST)、“宇宙第一缕曙光”探测项目(21CMA)、青藏高原天文台选址计划、云南高美占2．4m望远镜建设、云南抚仙湖红外太阳塔建设以及中国月球探测计划。这些项目将代表中国乃至世界天文技术的最高水平。     

关于我国未来天文大设备的一点战略思考

本文回顾了近年来国际上天文大设备的现状和发展态势,简要叙述了国内目前天文观测设备的现状,并指出一批重要观测设备的建成标志着我国初步形成了天文学研究的实测基础.一个突出的例子是由我国天文学家自主创新的郭守敬望远镜LAMOST.这是一架新型光谱巡天型望远镜,它的建成标志着我国大型天文光学望远镜技术的突破.正在建设的500m口径球面射电望远镜(FAST)是目前世界上最大的单天线望远镜,它的建成将使我国射电天文研究走到世界前列.本文还介绍了一些已经提出的天文地面和空间大设备计划,并对我国未来天文大设备的发展进行了一点战略思考,提出了一些个人的建议.     

全面开展太阳系探测的新时代

太阳系是由太阳、行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星和行星际物质组成的一个天体系统.自古以来,人们只能凭裸眼观察来了解天体现象;16世纪初伽利略发明望远镜后,开启了望远镜观测时代.观测波段逐渐覆盖了γ射线、X射线乃至可见光、红外和无线电波的整个电磁波谱,人类对太阳系的了解也得以逐渐深化.人类对太阳系的探测始于20世纪50年代末,从探测月球开始,逐渐发展到对地球邻近行星(火星与金星)、其他行星、各类小天体以及太阳和行星际空间太阳风的探测.人类的空问探测,由近至远,由易到难,经历了近半个世纪,实现了对太阳系各层次天体和太阳系空间的253次探测.     

重复快速射电暴FRB 121102白矮星和中子星双星模型的再研究

快速射电暴(FRB)是宇宙中忽然出现的短暂而明亮的射电爆发现象,它的物理起源至今还是一个谜.重复快速射电暴可能源于一个具有强偶极磁场的中子星和磁化的白矮星组成的致密双星系统.当白矮星充满它的洛希瓣时,物质将会通过拉格朗日点从白矮星转移到中子星.一次爆发之后,白矮星可能被踢开.对于唯一已知的重复暴源FRB 121102,总共探测到41次重复爆发.用已知的红移数据,根据41次重复爆发的数据,我们再次研究了白矮星-中子星的双星模型,肯定了这样一个间歇的洛希瓣外流机制可能可以解释FRB 121102的重复爆发行为,并且相邻爆发的时间间隔和其后的暴的流量之间不存在相关性,这也与我们的洛希瓣外流机制相符.     

日冕磁场与等离子体综合探测望远镜

太阳物理研究亟待解决的重大核心问题包括了太阳爆发、日冕加热和太阳风加速等机制.揭示这些现象背后的发生和发展规律将为空间灾害性天气预报和相关天体物理研究提供精确有效的模型.建议设计的日冕磁场和等离子体综合探测望远镜(COronal Magnetism and Plasma ASsembled Scopes,COMPASS)由口径为1.26 m大型日冕磁场探测望远镜(COronal Magnetism Probing Telescope,COMPT)、口径为0.30 m中型二维成像光谱日冕仪(Two-dimensional Spectroscopic Diagnosis Coronagraph,TSDC)以及安装在COMPT上的0.09 m的口径小型Lyot日冕仪(COMPASS-SC)组成.COMPT主攻高度范围0.05–0.65太阳半径(R_(Sun))内矢量磁场和热动力学参量精确测量,TSDC聚焦在(0.10–1.50)R_(Sun)高度范围内对日冕等离子体的各项物理参量进行诊断以及提供全方位日冕结构和演化监测,而COMPASS-SC为COMPT提供其积分视场观测区域定位以及大视场日冕演化监测.这一组3台日冕仪功能互补互联,集中测量(0.05–1.50)R_(Sun)高度范围的矢量磁场和热动力学参量分布及其演化.由于其创新性设计,COMPT建成后不仅将成为国际上最大口径的折射式望远镜,也将成为第一台具有高偏振测量精度的多条谱线同时偏振成谱成像的日冕仪,而TSDC首次将白光偏振成像和谱线二维(线偏振)成像光谱测量功能集于一身.本文首先概括了COMPASS的科学需求和国外仪器的发展态势,然后从总体设计思想和理念、光机电初步设计等方面对COMPASS进行介绍,并特别阐述了围绕科学目标而做出的创新性仪器设计.     

基于FPGA的软件无线电宽带多通道数字接收技术

针对宽带信号数字接收要求采样速度快、消耗资源多、难以实时处理的问题,利用频域多通道接收、中频数字化采样技术,论证了可应用于太阳射电日像仪的接收系统实现方案.引入一种高效的多相抽取滤波数字下变频方法,给出了基于FPGA的并行多路信号接收处理实现方案,仿真实验表明该中频数字接收模块设计方案具有好的可实现性.     

阵列结构型空间碎片光电望远镜观测精度分析

阵列结构型空间碎片光电望远镜(SDPTA)具有通用性强、视场大、单元众多、覆盖空域广、可靠性高等优点,针对国内首台阵列结构型空间碎片光电望远镜产生的大量观测数据无法识别的问题,提出一种基于两行轨道根数(TLE)数据的快速匹配识别方法。通过计算北美防空司令部(NORAD)发布的TLE数据对阵列结构型空间碎片光电望远镜的观测数据关联比对,用以识别空间碎片;并利用CPF(consolidated prediction format)星历的数据对已识别的数据中的激光星进行外符精度分析,检核识别准确性并对该阵列结构型空间碎片光电望远镜观测精度进行分析。经计算,该阵列结构型空间碎片光电望远镜外符精度为7. 9″。计算分析表明,利用TLE数据对未知碎片进行识别的方法准确有效,望远镜的观测精度达到了设计指标。     

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.     

深空探测与我国深空探测展望

对人类已经开展的深空探测活动进行了回顾，简介了近期已开展和未来5年内将要开展的深空探测任务，以及未来主要航天国家的深空探测规划，提出了未来我国开展深空探测应掌握和突破的关键技术；介绍了我国深空探测的现状，对绕月探测工程和嫦娥1号进行了简介，重点介绍了探月工程二、三期的思路和二期工程的立项论证情况和初步总体方案，同时简要叙述了正在论证中的中俄联合火星探测、夸父计划、硬X射线天文望远镜和空间太阳望远镜等项目的概况；给出了对我国未来深空探测发展方向的思考和展望。［关键词］ 深空探测；行星际探测；多目标多任务；中国探月工程     

分赫兹引力波探测助推双中子星并合的多信使研究

作为目前唯一一例人类明确探测到引力波信号及成协电磁对应体的双中子星并合事件, GW170817的发现提供了诸多天体物理过程与现象的关键信息,标志着多信使天文学新时代的开启.但地基引力波探测设备的探测灵敏频段较高,为双中子星并合事件提供引力波预警信号的能力有限.因此,我们考虑利用空间分赫兹引力波探测器为人们提供足够长时标的引力波信号预警,以实现后随电磁搜寻设备对并合事件的及时响应.在假定四年任务运行周期的条件下,本文重点展示了两类空间分赫兹引力波探测器(B-DECIGO和DO-Conservative)定位双中子星并合事件天区及并合时间的能力.对于在探测器开始运行后1–4年内并合的事件,探测器提供的空间、时间定位的预期结果最好,分别可达ΔΩ～10^–2deg²和Δt_c～0.2 s.围绕因双中子星并合而产生的各类电磁暂现事件,我们针对高能辐射、紫外-光学-近红外辐射、射电辐射等举例讨论了可能的天体物理过程,以及利用空间分赫兹引力波探测器实现多信使预警探测的独特优势与未来展望.