基于暗物质粒子探测卫星的宇宙线直接探测研究

高能宇宙线的起源、加速和传播是重大的前沿科学问题,回答该问题需要对宇宙线的能谱、各向异性以及各类高能天体电磁辐射进行精确观测.通过空间粒子探测器对宇宙线各成分能谱的直接测量是研究宇宙线物理问题的重要手段.中国于2015年底发射并持续运行至今的暗物质粒子探测卫星以其大接受度、高能量分辨率等特点,在宇宙线直接探测方面取得了系列重要成果,揭示出质子、氦核、硼碳和硼氧比例等宇宙线能谱的新结构,为理解宇宙线起源等科学问题提供了新的依据.介绍了暗物质粒子探测卫星的仪器设置、运行状况、科学成果及其物理意义.     

适用于大视场的快速星像匹配算法

基于CCD图像的天文观测中,星像匹配是一项基本的任务。提出一种基于k-d树和k-means聚类算法的星像匹配算法,应用三角形不变性元组对相似三角形进行盲匹配,算法可以间接计算CCD图像的比例尺。三次使用k-d树优化计算,并使用k-means聚类算法对图像进行分割,提高星像匹配的精度。使用云南天文台1 m望远镜拍摄的稀疏星场和2.4 m望远镜拍摄的密集星场进行了星像匹配算法的测试。实验结果表明,该方法能较好地自适应图像比例尺的微小变化,同时提高星像匹配的精度。     

CCD图像数字定心算法的比较

从CCD采集的数字图像中提取天体的位置和光度信息对于天文研究具有基础意义.其中,恒星星像中心像素位置的精确测量对于天体测量至关重要.针对国际上常用的三种位置测量算法:修正矩方法、Gauss拟合法和中值法,利用实测的CCD图像进行了试验研究.具体地,采用云南天文台1m望远镜观测的CCD图像同时使用这些算法进行了实际测量,根据每幅图像中测得的像素位置,对这三类定心算法进行了比较和精度分析.可视化方法被用于不同阈值的选取和设定比较.实验数据表明,无阈值的二维Gauss拟合方法是一种精度相对较高的定心算法.     

宇宙线直接探测进展概述

宇宙线从发现起至今已超过百年。在20世纪上半叶,大型粒子加速器技术成熟以前,对宇宙线的研究引领着基本粒子物理的发展,从宇宙线研究中取得的多项成果斩获诺贝尔奖。21世纪,宇宙线因其与极端高能的物理规律和暗物质等新物理现象联系密切而绽放出新的活力,宇宙线起源、加速、传播等相关的天文学及物理学问题也备受关注。简述了近年来在空间直接观测宇宙线实验方面取得的进展,以及其对理解宇宙线物理问题的推动。最后概述了中国在相关领域的研究历程和现状。     

高清晰度的地球γ射线照片

宇航局的一位科学家从空间获得了地球一幅新型照片,弥补了我们熟悉的“蓝色星球”的不足。这幅新照片是我们这颗辐射γ射线的行星第一幅最详细的图像,γ射线是一种比可见光能量高几百万到几十亿倍的光。图像描绘了地球如何受到空间粒子的不断撞击。这些称为宇宙线的粒子,撞击我们的大气并在地球之上的高空产生γ射线光。我们的大气挡住这些有害的宇宙线和其他高能辐射,使它们无法到达地球表面。     

太阳磁场和宇宙线实验规律初探

本文总结了近20年来太阳磁场、太阳行星际磁场的观测结果,较详细地结出了银河宇宙线在空间分布和随太阳活动变化的时间特性,描绘出一幅比较完整的太阳磁场与宇宙线关系的图像。 对于太阳磁场的研究,得到了一般的结论。给出了宇宙线粒子在太阳系中受太阳磁场调制的四种物理因素。     

宇宙线“膝区”物理简介及国内观测研究进展

宇宙线发现100年来极大地推动了粒子物理学、天体物理学的发展,然而其起源、加速和传播的问题依然是宇宙线研究的三个根本问题。宇宙线“膝区”物理的研究是解决宇宙线这些基本问题的途径之一。简要回顾了宇宙线研究的历史和能谱特点;重点阐述了宇宙线“膝区”的实验观测数据以及重要实验组测量的差异和争论的焦点;归纳讨论了解释宇宙线“膝区”成因的四种主要理论模型,并结合最新实验数据说明了第四种成因(新物理过程)的可能性不大;叙述了国内研究者对宇宙线“膝区”物理研究的贡献;最后对宇宙线“膝区”物理研究的前景进行了展望。     

暗物质粒子探测卫星的能量重建和宇宙线质子能谱的分析

宇宙线的观测研究和暗物质粒子的间接探测是高能天体物理领域两个重大研究课题. 自1912年V. Hess发现宇宙线开始, 人类对宇宙线的观测历史已经超过了一个世纪, 传统理论模型预言``膝''区以下能段的宇宙线能谱应服从单一幂率分布, 而近些年的空间和高空气球实验表明10 GeV--100 TeV的宇宙线质子能谱可能存在偏离单一幂律谱分布的重要结构, 这对研究银河系内宇宙线的起源、传播和加速机制具有重要意义. 另一方面, 得益于宇宙线和伽马射线观测精度的提高和观测能段的拓宽, 暗物质粒子的间接探测在国际上受到越来越多的关注, 暗物质粒子可能会发生湮灭或衰变产生稳定的普通高能粒子, 包括正负电子对、正反质子对、伽马射线和中微子等, 进而在宇宙线或伽马射线留下可探测的信号.     

LHAASO-MD光电倍增管的性能测试

高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory)的核心科学目标是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体运动和新物理前沿的研究。通过大面积铺设μ子探测器极大地降低宇宙射线背景,从而提升高能伽马射线探测的灵敏度。作为μ子探测器的核心部件之一的光电倍增管负责接收水中的切伦科夫光子并将其转换成电信号输出,因此,光电倍增管的性能好坏直接影响μ子探测器的性能。稻城实验室2%抽样测试结果表明,光电倍增管的各性能达到μ子探测器的指标要求,与批量测试结果的相对偏差小于2%。     

CCD图像拼接试验

为了获得大视场的高精度天文图像,实施了一种望远镜CCD图像的拼接方法。从原始图像到最终合成图像的坐标转换采用了结合星表UCAC4的六常数模型。不同于硬件级的拼接,使用逐个像素的灰度值再分配的方案进行图像融合。进一步采用云南天文台2.4 m望远镜拍摄的CCD图像进行了试验。结果表明,该算法可以产生较高质量的大视场CCD图像,可以直观地发现运动目标,暗星信噪比有显著改善。高精度的图像拼接还与原始数据扭曲改正的预处理密不可分。与未做扭曲改正相比,图像拼接的位置精度提高了约一倍(约0.02 pixel)。     

极高能宇宙线的研究进展

极高能宇宙线是能量高于≈10^19 eV的带电或中性的宇宙线粒子。其成分和形成机制的研究是宇宙线物理的重要内容之一，对高能天体物理、粒子物理和宇宙学等相关学科具有重要意义，而且很可能是揭示某些新的基本物理规律的突破点。围绕GZK疑难，重点综述了极高能宇宙线的观测和理论研究现状，对其研究前景作了展望。     

探索宇宙的途径（下）

来自宇宙深处的天体使者——宇宙线 上篇提及的观测对象都是电磁波,而宇宙射线（简称宇宙线）是来自宇宙深处的物质粒子,包括各种原子核和孤单的电子。各种原子核约占宇宙线总量的99%,电子约占1％。在多种原子核宇宙线中,约90％为质子（氢原子核）,α粒子（氦原子核）约占9％,各种重元素原子核约占1％。另外,还有极少量的正电子和反质子。     

宇宙线的超新星遗迹起源

宇宙线的起源是高能天体物理的核心问题之一.一直以来,超新星爆发被认为是能谱膝区以下宇宙线的主要来源.多波段观测表明,超新星遗迹有能力加速带电粒子至亚PeV (10~(15)eV)能量.扩散激波加速被认为是最有效的天体高能粒子加速机制之一,而超新星遗迹的大尺度激波正好为这一机制提供平台.近年来,一系列较高精度的地面和空间实验极大地推动了对宇宙线以及超新星遗迹的研究.新的观测事实挑战着传统的扩散激波加速模型以及其在银河系宇宙线超新星遗迹起源学说上的应用,深化了人们对宇宙高能现象的认识.结合超新星遗迹辐射能谱的时间演化特性,构建的时间依赖的超新星遗迹粒子加速模型,不仅能够解释200 GV附近宇宙线的能谱反常,还自然地形成能谱膝区,甚至可以将超新星遗迹粒子加速对宇宙线能谱的贡献延伸至踝区.该模型预期超新星遗迹中粒子的输运行为表现为湍流扩散,这需要未来的观测以及与粒子输运相关的等离子体数值模拟工作来进一步验证.     

高能中微子和极高能宇宙线起源天体的理论研究

<正>极高能宇宙线一般指来自地外的能量高于10~(18)电子伏特(eV)的高能质子与原子核,其起源的研究一直是高能天体物理和粒子天体物理领域的热点问题.近年随着一些大型探测器(如Pierre Auger天文台)的运行,极高能宇宙线的研究取得很大进展.然而由于极高能宇宙线事例相对较少及其在从源到地球传播过程中的复杂性(如与宇宙微波背景辐射以及磁场的作用),需要通过观测这些宇宙线在强子反     

捕捉宇宙线的中国身影

夜空中除了繁星,还隐藏着一个巨大的秘密。无数神秘的粒子正以接近光的速度在广袠的宇宙中飞驰,无时不在,无处不在。这些神秘的粒子就是宇宙线。自发现它们之曰起,科学家对宇宙线的研究一直推动着天体物理和空间物理的发展,丰富着人类对宇宙中天体演化现象的了解和认识。宇宙线给人们带来了太阳系以外的物质样本,携带着其产生地"源"天体及其经过的空间环境,乃至天体演化及宇宙早期的奧秘,是人类探索宇宙的重要途径。     

对弱信号CCD图像噪声的最佳化处理

本文在分析CCD读出图像噪声的统计特性和目前CCD图像预处理的基础上,提出了对CCD读出数据的最佳化处理方法。该方法对CCD读出噪声和其它随机噪声都有较好的抑制效果,使用该方法可以从迭加有随机噪声的数据中得到信号的最佳估值,提高弱信号CCD读出图像的信噪比。     

太阳风、高能暴粒子、太阳高能粒子和太阳宇宙线的谱指数研究

本文根据卫星提供的1963—1978年太阳风实验资料,将太阳风中的质子流作为极低能宇宙线,则能得到0.3—4kev的质子积分通量—动能曲线,使低能宇宙线的能谱向前推进了约三个数量级。所得的极低能宇宙线能谱亦呈幂律谱,即:J(>E)=A_sE~(-γ),具有双幂指数,约在1kev处发生转折,与低能太阳宇宙线能谱非常类似。 最近,卫星ISEE—3观测到46次与行星际激波相联系的高能暴粒子(ESP)事例,在能域35—53kev的各次质子峰值强度恰好绘于联结两能谱的虚线之中。这样,从太阳风、ESP、太阳高能粒子(SEP)到太阳低能宇宙线的能谱都被连接了起来,对于它们的起源,也能获得合理地很好地解释。     

1989年3月和8月日地事件宇宙线变化的特征

本文主要讨论了1989年3月和8月由于太阳耀斑所引起的宇宙线强度变化。特别是从北京、东京、广州宇宙线强度变化的差异和广州台闪烁望远镜记录的宇宙线强度东、西方向各向异性的特征,对3月和8月事件进行定性的比较分析。分析发现:虽然     

基于定标和图像处理的数字相机串扰图像修正方法

针对多通道数字相机因信号串扰导致的输出图像重叠问题,基于自行研制的四通道CCD数字相机系统数据,对串扰系数进行了追踪测试,发现串扰系数与输入信号强度和系统读出速度有特定的规律。对于这类系统噪声类串扰,提出了一种基于定标和图像处理的串扰图像修正方法。该方法通过定标建立串扰比例系数与像素数字编码(Digital Number, DN)的关系,再由串扰通道反推被串扰通道的干扰量,通过还原算法进行系统差修正,最终消除串扰。测试结果表明,经过该方法修正后的图像,串扰程度可降至基底白噪声量级,图像质量得到大幅改善。该方法对成像系统中因硬件工艺缺陷造成的固定图案噪声的消除有显著效果,对系统噪声类干扰也有抑制作用,在实际应用中可以作为一般成像系统优化图像质量的补充。     

十亿像素的相机，你会怎么用？

当我希望遇到一个好的摄影机会时,我喜欢用一个装有9百万像素CCD（光学传感器阵列,“电荷耦合器件”）的数码单反相机。虽然我几年前买入时,它还是最先进的设备,但是我最近已看到些广告,发现两千万像素的相机也都不算太贵了,所以说技术是在明显地向前发展。这些数字简单地说明这两种CCD分别包含了9百万和2千万像素。在一个可单独控制的二维数字光栅上,像素都是最小的单元。实际上,安置在我的单反相机中的CCD是由一个3696×2616像素的矩形光栅组成的。