星系红移巡天宇宙学——探索暗能量

宇宙时空的加速膨胀是20世纪自然科学最伟大的发现之一,探索其背后的物理机制是当前物理学和天文学的关键科学任务.在此研究领域,亟待解决的问题包括:(1)如何从海量观测数据中提取暗能量相关的核心信息?(2)暗能量是否具有动力学性质?(3)暗能量的本质是什么?暗能量研究的主要方法是联合多种探测手段,通过精准测量宇宙的膨胀率和结构形成来获取暗能量性质.大型星系红移巡天为暗能量研究提供了关键的数据支持.我们从巡天样本中提取重子声波振荡(baryon acoustic oscillations, BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions, RSD)等重要的宇宙学探针,分别用于测量宇宙的膨胀率和结构增长率,开展暗能量研究.大型巡天项目斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)已成功获取了百万量级的高质量星系光谱,测绘了迄今为止最大的宇宙三维图像,并将宇宙距离测量精度提高到1%,在高精度暗能量检验中发挥至关重要的作用.本文主要介绍过去10年内国际上最大的星系红移巡天项目——SDSS三期的重子振荡光谱巡天(Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, BOSS,2009～2014年)和四期的拓展重子振荡光谱巡天(extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, eBOSS,2014～2019年),以及我们依托BOSS和e BOSS巡天开展暗能量研究方面的最新进展.     

詹姆斯·韦布空间望远镜第一次数据释放的内容和意义

<正>詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,以下简称韦布望远镜或JWST)是由美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)主导,与欧洲航天局(European Space Agency, ESA)和加拿大国家航天局(Canadian Space Agency, CSA)合作制造的最大也最贵的空间望远镜,于2021年12月25日借助Ariane 5号火箭从法属圭亚那发射升空.韦布望远镜的观测波段主要在0.7～29μm,     

我国将建北半球最高巡天能力望远镜

<正>日前,由中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台共建的"大视场巡天望远镜"项目(简称WFST)正式落地青海省海西州冷湖赛什腾山天文台址。WFST包括望远镜本体、主焦相机、望远镜圆顶台址和数据存储分析四大分系统。其中望远镜口径2.5米,采用国际先进的主焦光学设计,提供大视场、高精度和宽波段巡天能力,性能先进。     

发射线星系巡天

一、观测从1981年起,北京天文台兴隆站的60/90cm Schmidt望远镜开始进行发射线星系物端棱镜光谱巡天。我们的巡天技术参数列于表1,为了便于比较,表1也列出了其他天文台的巡天技术参数。直到目前为止,我们的巡天对象主要是大熊和室女两个星系团(偶尔也拍摄其他天区)。     

巨镜“韦布”今秋上天

正春暖花开,国际天文界和航天界在热议:韦布空间望远镜今秋真要上天了!韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,下简称"韦布")的研制工作发端于20世纪90年代,初称"下一代空间望远镜",2002年又以詹姆斯·韦布冠名。韦布是美国宇航局(NASA)的第二任局长,在1961—1968年的任期内,卓有成效地领导推进了阿波罗计划和其他一些重大空间探测项目的实施。     

我国首台全自动“南极巡天望远镜”调试成功

我国自主研发的首台全自动无人值守“南极巡天望远镜”10月14日在紫金山天文台盱眙观测站调试成功．即将跟随我国第28次南极科考队奔赴南极,执行太阳系外行星、超新星等天文观测任务。据介绍,首台“南极巡天望远镜”直径68厘米,有效观测口径50厘米,分辨率为1个角秒．装备有目前世界上最大的单片电荷耦合器件（CCD）,     

ESO启动“下一代凌星巡天”项目

<正>据英国《每日邮报》报道,由欧洲南方天文台(ESO)位于智利帕拉纳天文台的"下一代凌星巡天"(NGTS)项目开始运作,旨在茫茫太空中搜寻与地球相似的系外行星,甚至有望找到"第二个地球"。NGTS是一个广域巡天观测系统,其中包括12台口径均为20厘米的望远镜阵列,以寻找具有凌星现象的系外行星——所谓凌星现象,即行星从恒星面前经过时阻挡了部分星光,造成恒星亮度减弱的现象——而这样的现象可以被NGTS从远处探测到,并根据质量计算出该行星密度,从而帮助科学家大致判断其物质的组成情况。     

恒星趋死,行星新生

<正>也许,相比于让女性实现逆生长,让行星重现青春更简单。2003年8月,美国宇航局将一台红外望远镜——斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)发射升空。这是人类送入太空最大的红外望远镜,也是大型轨道天文台计划的最后一台空间望远镜。它的主要任务就是搜索日外行星,为人类寻找第二个家园。斯皮策太空望远镜的红外探测灵敏度极高,能将波长在3~180微米之间的红外辐射尽收眼底。它的红外之眼能够穿透宇宙中的各类尘埃,直击黑暗背后隐藏的无限奥秘。     

在数据洪水中挺住

目前的巡天计划产生的这些“海量”数据若与一个正在酝酿中的新望远镜的数据产出相比 ,必会相形见绌。美国的一群天文学家正在为一项 8 4米口径大尺度概要巡天望远镜 (ＬＳＳＴ)计划做研发工作。根据该项目发言人、新泽西州墨里·希尔贝尔实验室的天文学家托尼·泰森 (ＴｏｎｙＴｙｓｏｎ)透露 ,这个耗资 1 2亿美元的项目将采用一种特殊的三镜面设计方案 ,在保证超大视场的前提下减小图像周边畸变。配以先进的数码相机 ,这架望远镜每晚产生的数据量可达 1 8ＴＢ ,仅需 3个夜晚就可以完成一次巡天观测。ＬＳＳＴ空前的巡天速度使得天文学家…     

暗能量和加速膨胀的宇宙

1998年发现的宇宙加速膨胀是当代科学中最重大的课题之一.理论上,宇宙的加速膨胀可能意味着当前宇宙中约三分之二的能量密度是由一种新的能量组分,即暗能量所提供的也可能意味着爱因斯坦提出的广义相对论在宇宙学尺度上需要修正.暗能量和修正引力这两种完全不同的物理机制可以给出完全相同的宇宙背景膨胀历史,但却预言不同的结构形成过程.因此,我们可以通过观测宇宙的大尺度结构形成和演化来区分这两种不同的物理机制,揭示宇宙加速膨胀背后的物理规律.宇宙大尺度星系巡天是研究宇宙加速膨胀机制的重要探针之一.基于星系巡天,我们可以通过测量重子声波振荡(baryonic acoustic oscillations,BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions,RSD)两种特殊的星系成团属性,同时测量宇宙的背景膨胀和结构形成历史,进而分别开展暗能量性质以及引力研究.SDSS(Sloan Digital Sky Survey)三期的BOSS(Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)巡天是近期完成的世界最大规模的星系巡天.通过对10000平方度左右天区的观测,BOSS获取了近一百万条星系光谱.基于BOSS的观测,我们对暗能量和引力性质开展了深入研究,并发现了暗能量的动力学迹象.目前正在巡天的e BOSS(extended Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)项目以及后续的DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument)和PFS(Prime Focus Spectrograph)等大型巡天将在更高的红移、以更高的精度测量BAO和RSD,这将为宇宙加速膨胀机制的研究提供关键的观测支持.     

超导隧道结在事件视界望远镜黑洞成像及射电天文中的应用

<正>2019年4月10日,事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)[1]发布了人类历史上第一张真实的黑洞照片.此次EHT观测集合了横跨四大洲的8台射电天文望远镜(包括JCMT(James Clerk Maxwell Telescope)等6台单天线望远镜和SMA(Submillimeter Array)与ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)两台干涉阵),观测波段在1.3 mm(即230 GHz频率).基于甚长基线干涉阵(very long baseline interferometer,VLBI)技术形成了一个口径相当于     

引领宇宙学走向精确时代的新一代天文仪器

新一代的天文仪器为宇宙学家提供了大量的数据 ,宇宙学家可以借此检验自己的理论。·Planck宇宙微波背景卫星这颗卫星与威尔金森探测器相比具有更高的空间分辨率和温度灵敏度 ,预计 2 0 0 7年发射。·JamesWebb空间望远镜 (JamesWebbSpaceTele scope)即原来的下一代空间望远镜 ,NGST。它是哈勃空间望远镜的后继者 ,会使天文学家观察到比当前所能观测到的更早的星系 ,预计 2 0 1 1年发射。·超新星 /宇宙加速度探测器 (Supernova Accelera tionProbe)旨在测量遥远超新星的距离从而检测暗能量的强度是否随时间而变化。·大口径综合巡天…     

哈勃空间望远镜成功运行15年

今年4月25日是以天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)名字命名的哈勃空间望远镜发射成功并 有效工作15周年,美国和欧洲航天界正借此机会提醒人们对航天事业给予更多的支持和关注。 哈勃空间望远镜(Hubble Space Tdescope)是由美国航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)合作, 于1990年4月25日随“发现号”航天飞机发射升空。它是人类第一座太空望远镜,总长度超过13来, 质量为11吨多,运行在地球大气层外缘离地面约600公里的轨道上,大约每100分钟环绕地球一周。 按计划,哈勃空间望远镜将在2009年被詹姆斯·韦伯空间望远镜…     

天文学的巨镜时代——纪念人类发明望远镜400周年

1 威尔逊山天文台位于加利福尼亚海拔1742米的威尔逊山上,它的首任台长是美国天文学家乔治·E·海尔(Georage Ellery Hale,1868-1938),1917年,海尔在那里主持建造了胡克望远镜(Hooker),口径2.5米,是当时世界上口径最大的天文望远镜.1948年,帕洛马山天文台的海尔望远镜(Hale Telescope)取代了胡克望远镜的地位,成了世界第一巨镜.海尔望远镜的口径5米,比胡克望远镜翻了一倍,出现时间比胡克望远镜晚31年.     

大气外巡天观测

利用航天器在宇宙空间进行天文观测,可克服地球大气对天体辐射的干扰和阻挡,对天体进行“全波”观测.通过卫星姿态控制,可使卫星上的探测仪器对准太阳作空间太阳观测,或使仪器按预定方式扫描天空作大气外巡天观测.早在本世纪四十年代,人们就已利用气球、火箭获得空间太阳观测的初步成果;人造卫星上天后,利用卫星、深空探测器和“天空实验室”     

超越摩尔定律的摩尔

他是英特尔(Intel)公司的创始人之一,摩尔定律的提出者,自称是"意外的企业家",也是30米望远镜(Thiny Meter Telescope)及其他科研项目和教育项目的捐助人-- 戈登·摩尔(Gordon Moore,见下图)并没有像他以前的老板威廉·肖克利(william Shocklev)获得过诺贝尔奖,也没有像他的商业伙伴罗伯特·诺伊斯(Roben Noyce,他们一同创建了英特尔公司)那样获得过集成电路的发明专利.     

首次红外天文卫星巡天

由美国、荷兰和英国共同研制发射的红外天文卫星(IRAS)于1983年1月25日升空,同年11月21日完成探测使命。历时近10个月。在此期间,IRAS取得了一系列重大的发现,成为1983年度世界上一项重大的科技进展。《首次红外天文卫星巡天》一文就IRAS的发现分几个方面作了较详细的介绍。     

数字

正3.5亿颗北京-亚利桑那巡天项目(BASS)是中国科学院国家天文台与美国亚利桑那大学之间的国际合作项目,计划利用美国的2.3米口径Bok望远镜完成北银冠天区5500平方度的g波段和r波段的图像观测。BASS已先后于2015年12月、2017年1月释放早期版本数据和第一版本数据。项目成员在获取新的观测数据,并对数据处理软件     

巡天者约翰·赫钦拉(1948-2010)

<正>美国哈佛大学史密森天体物理中心(CfA)的天文学家约翰·赫钦拉(John Huchra),今年10月8日在美国马萨诸塞州莱克星顿的家中因心脏病发作去世,终年61岁,天文学界因此失去了一位"大玩家"和佼佼者。挑战传统星系观赫钦拉博士是一位钟爱望远镜的人,在还是研究生的时候,他曾爬上一台望远镜摸了摸说,"我到家了。"     

遇见TESS,系外行星猎手

正NASA新航天器凌星系外行星巡天卫星(TESS)发射,它将为科学家展现我们附近行星的更清晰图景。美国宇航局(NASA)于美东时间2018年4月18日发射了一颗探测卫星,这颗带着相机和雄心的小航天器"凌星系外行星巡天卫星",又称TESS,在熊熊火焰中由Space X猎鹰9号火箭搭载升空,它将长时间在月球和地球之间停留。在接下来的两年里,它将扫描巡