CMOS图像传感器在太阳磁场观测中的应用研究

磁场是太阳物理的第1观测量,当前太阳磁场观测研究正迈向大视场、高时空分辨率、高偏振测量精度以及空间观测的时代.中国首颗太阳观测卫星—先进天基太阳天文台(ASO-S)也配置了具有高时空分辨率、高磁场灵敏度的全日面矢量磁像仪(FMG)载荷,针对FMG载荷的需求,讨论了大面阵、高帧频互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器应用于太阳磁场观测的可行性.首先,基于滤光器型太阳磁像仪观测的原理,比较分析了目前CMOS图像传感器(可用的或是可选的两种快门模式)的特点,指出全局快门类型更适合FMG;其次搭建了CMOS传感器实验室测试系统,测量了CMOS图像传感器的像素增益及其分布规律;最后在怀柔太阳观测基地的全日面太阳望远镜上开展了实测验证,获得预期成果.在这些研究基础上,形成了FMG载荷探测器选型方向.     

30m级光学/红外望远镜的宽视场多目标光谱仪

宽视场多目标光谱仪具有宽波段、多分辨率模式和高通光效率的特点,是极大望远镜终端仪器使用率最高的通用型仪器. 30 m级望远镜的宽视场多目标光谱仪因体量和成本急剧增加而面临重要挑战,同时天文学的不断发展对天文新技术的发展提出了更高的要求,尤其是多个巡天项目对于多目标光谱后随观测的迫切需求.综述了几类宽视场多目标光谱仪的发展现状,介绍了国际3架30 m望远镜宽视场多目标光谱仪概念设计的最新进展和仪器特点,着重介绍了中国参与研制的30 m望远镜(TMT)中的宽视场多目标光谱仪的相关进展.     

NVST偏振观测系统的运动控制实现

中国科学院云南天文台1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)是我国在太阳物理和空间科学对太阳进行光学和近红外观测的主力设备,主要科学目标是高精度、高时空分辨率的太阳磁场测量。1 m新真空太阳望远镜采用机械扫描偏振观测方式,由于光学系统的结构特性导致望远镜在跟踪太阳的过程中不可避免地引入了随时间变化的偏振效应,因此在进行偏振观测时需要进行系统定标,整个系统由定标单元、分析单元和探测器组成,其间涉及的多个运动部件均有复杂精密的运动要求。针对偏振定标过程和偏振观测过程中各光学器件的运动需求,给出了定标单元和分析单元的控制要求,实现了不同观测模式下各部件的运动要求。基于TCP/IP协议的远程控制方案,集成了采用串口通讯的各商用驱动控制器,开发了一套在.NET架构下的定标单元控制软件和相应的用户界面,并预留了观测控制系统接口。性能测试表明,系统符合观测要求,现已投入使用,为后续的偏振观测奠定了基础。     

基于Lyot滤光器的NVST磁像仪光学系统设计

我国1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope, NVST)能够实现优于0.2″的高分辨成像观测,但还不具备高分辨磁场的常规观测能力。很多磁结构和太阳活动都存在于较小的尺度,需要进行高分辨磁场测量。1 m新真空太阳望远镜的台址具备优良的视宁度,若磁像仪具备快速调制能力,并配合高分辨统计重建技术,有望实现亚角秒分辨率的太阳磁场测量。1 m新真空太阳望远镜测量磁场面临的主要问题包括折轴光路带来的时变偏振、望远镜姿态变化和风载带来的光轴偏移以及湍流的影响等多种问题。针对太阳磁场高分辨观测的需求及1 m新真空太阳望远镜面临的太阳磁场测量问题,详细分析了1 m新真空太阳望远镜太阳光球磁场的测量需求,制定了磁像仪的基本参数,提出了偏振分析器需求,设计了光球磁场的高分辨观测方案。最后利用ZEMAX光学设计软件为磁像仪设计了光路,结果显示光学设计能够满足高分辨成像的需求。     

弱偏振器件Mueller矩阵测量的校准及应用

1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)的高分辨磁像仪采用了同步重建技术,其中用到了分束镜。分束镜从设计上一般会进行偏振优化,尽量减小偏振效应,但还是不可避免地对太阳磁场的偏振测量造成影响,因此,对分束镜偏振特性的测量是1 m太阳望远镜进行太阳磁场偏振测量的必需步骤。运用空气Mueller矩阵校准法对Mueller矩阵测量结果进行了校准,测量了两块用于磁场偏振测量的分束镜样品,比较了不同分束镜方案的Mueller矩阵及其对偏振测量的影响,并测量了平板玻璃的Mueller矩阵随入射角变化的结果,比较测量结果与理论值之间的偏差,利用空气Mueller矩阵进行校准后测量系统达到5×10~(-3)的Mueller矩阵测量精度。     

基于FPGA的空间太阳磁像仪自校正稳像系统研制

太阳磁像仪是开展太阳磁场观测研究的核心仪器,其中的稳像系统是空间太阳磁像仪的关键技术之一,针对深空探测卫星系统对载荷重量、尺寸限制严苛的要求,设计了基于图像自校正方法的稳像观测系统.介绍了一套基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)和数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP),通过基于自相关算法的高精度稳像方法设计,并结合精确偏振调制、准确交替采样控制等系统软硬件设计,克服由于卫星平台抖动、指向误差等因素造成的图像模糊,实现实时相关、校正、深积分的稳像观测系统.针对像素尺寸为1 K×1 K、帧频为20 fps的CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)探测器,实现了1像元以内的实时稳像观测精度.在完成实验室测试后, 2021年6月18日在国家天文台怀柔太阳观测基地35 cm太阳磁场望远镜上开展了实测验证,结果表明该系统能够有效地完成太阳磁像仪自校正稳像观测,获得了更高分辨率的太阳磁场数据.稳像系统的成功研制不仅可以为深空太阳磁像仪的研制提供轻量化、高...     

光纤阵列太阳光学望远镜偏振分析器设计

给出了满足光纤阵列太阳光学望远镜(FASOT,Fibre Arrayed Solar Optical Telescope)观测目标的偏振分析器的理论设计.它具有以下特点:(1)具备偏振光学开关功能,使得高偏振测量成为可能;(2)在750nm宽度范围内,对各Stokes偏振参量都具有50%以上的理论偏振测量效率,且总的偏振测量效率高于86.6%.使得观测者在如此宽波长范围内可对多条磁敏谱线同时进行偏振测量;(3)根据所选光球和色球线侧重于对线偏振或圆偏振的测量;(4)对偏振元件的制作工艺以及安装误差等具有相当好的容忍度.以上特性使该偏振分析器成为高性能的偏振测量设备.     

太阳Stokes光谱望远镜的结构及其数据处理方法

云南天文台的太阳Stokes光谱望远镜是一台通过测量磁敏谱线的Stokes参数I,Q,U和V的轮廓来研究太阳磁场精细结构的光谱型矢量磁场测量仪。它利用4个完整的Stokes轮廓所蕴含的丰富信息,完全确定辐射的偏振状态,从而精确地测定太阳黑子区的矢量磁场。文章首先介绍了该望远镜的结构,进而详细地介绍了该望远镜所测量的偏振光谱资料的处理方法。     

红外波段太阳观测技术方法研究

1m红外太阳塔是我国未来重点发展的地面太阳观测设备 ,本文的所有工作均围绕着与此相关的红外波段太阳观测技术方法展开。1 .针对望远镜实验平台—云台太阳光谱仪 ,建立了光谱仪分光流量模型 ,并用多种实验手段验证了其可靠性。利用该模型计算了FeⅠ 1 .56μm红外太阳光谱的分光流量 ,分析了实验观测的可行性及改进方案。2 .针对探测器实验平台—PtSi红外焦平面阵列相机 ,建立了FeⅠ 1 .56μm光谱观测信噪比模型 ,模拟了各种噪声对观测的影响。在此基础上 ,在国内首次成功进行了FeⅠ1 .56μm红外太阳光谱的面阵观测实验。3 .在红外观测实验所处的高背景低对比度条件下 ,讨论了红外太阳光谱观测的图像处理方法 ,分析了观测中出现的干涉条纹的来源及解决办法 ,初步建立起了一整套红外太阳光谱与成像的定标方法和图像处理方法。4 .首次利用PVA材料 ,设计研制了一套FeⅠ 1 .56μm近红外Stokes参量偏振仪 ,并将该偏振仪安装在美国国立天文台McMath望远镜上进行了观测实验。针对一太阳黑子 ,通过扫描进行了二维的Stokes参量观测。同时建立了一套从Stokes参量反演磁矢量场的方法 ,并将反演的结果与怀柔太阳磁场望远镜的观测结果进行了比对。5.针对 1m红外太阳塔的太阳光谱仪系统 ,给出了垂直多波段光谱仪和红外     

太阳磁场望远镜的进展

由南京天文仪器厂,北京天文台,长春物理研究所和福州物质结构研究所等四单位联合研制的太阳磁场望远镜已在1982年基本完成,目前正在天文仪器厂由北京天文台太阳物理研究室进行试观测。初步结果表明仪器性能良好。 这台望远镜采用拆射系统,物镜口径35厘米,有效视场4′×6′。为了测量在磁场作用下磁敏谱线偏振光的四个Stokes参数,即向量磁场和视向速度场,采用了KD~*P调制器和专门设计的窄带干涉滤光器组成的偏振测量系统。由于不存在歪曲横向磁场的仪器偏振,可以测量向量磁场。仪器备有三种接收系统:照相、光电和视频系统,也就兼有所有三种磁象仪的功能。 1975年,北京天文台太阳物理研究室进行了台址选择的工作,最后选定了北京郊区怀柔水库内的一个小半岛,望远镜将安置在岛端高25米的水泥塔上。观测室土建和园顶正在施工之中。圆顶是特殊设计的,必要时可移出到水泥塔顶北端,与望远镜相距15米。 本文概述了仪器的研制结构和性能,并同美国马歇尔飞行中心的30厘米向量磁象仪作了比较。介绍了进一步提高仪器性能的措施。     

日冕物质抛射的观测性质

综述日冕物质抛射的观测和持性，简短的前言之后，给出ＣＭＥ的发现经过及统计特性，着重介绍ＣＭＥ与其他种类太阳活动的相关。然后介绍ＣＭＥ的一般特性，包括可能与ＣＭＥ相关的一些物理过程的观测特性。初步结论是：ＣＭＥ是一种演变中的磁结构现象。     

二维太阳光谱观测方法和技术

经典的太阳光谱观测是一维的，它有很大的局限性。从５０年代起，天文工作者采用多种方法开展二维太阳光谱观测，已经研制出一系列仪器，建立完整的资料归算程序，取得优良成果。在二维观测资料的基础上，用理论方法推出深度分布，可以得出三维的立体图像，这会成为太阳研究的主要方法之一。     

Radio properties of the Shapley Concentration – IV.The A3528 cluster complex

We report and discuss the results of a 22-cm radio survey carried out with the Australia Telescope Compact Array (ATCA) covering the A3528 complex, a chain formed by the merging ACO clusters A3528–A3530–A3532 , located in the central region of the Shapley Concentration. Simultaneous 13-cm observations are also presented. Our final catalogue includes a total of 106 radio sources above the flux density limit of 0.8 mJy. By cross-correlation with optical and spectroscopic catalogues we found 32 optical counterparts, nine of them belonging to the A3528 complex.
We explored the effects of cluster mergers on the radio emission properties of radio galaxies by means of the radio luminosity function (RLF) and radio source counts. We found that the radio source counts are consistent with the background counts, as already found for the A3558 complex. The RLF for this complex is consistent, in both shape and normalization, with the general cluster luminosity function for early-type galaxies derived by Ledlow & Owen. This result is different from the one we obtained for the A3558 merging complex, the RLF of which is significantly lower than that derived by Ledlow & Owen.
We propose that the different stage of the merger is responsible for the different RLFs in the two cluster complexes in the core of the Shapley Concentration. The early stage of merger for the A3528 complex, proposed by many authors, may not yet have affected the radio properties of cluster galaxies, while in the more much advanced merger in the A3558 region we actually see the effects of this process on the radio emission.     

Galaxy activity in merging binary galaxy clusters

We present the results of a study of galaxy activity in two merging binary clusters (A168 and A1750) using the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) data supplemented with the data in the literature. We have investigated the merger histories of A168 and A1750 by combining the results from a two-body dynamical model and X-ray data. In A168, two subclusters appear to have passed each other and to be coming together from the recent maximum separation. In A1750, two major subclusters appear to have started interaction and to be coming together for the first time. We find an enhanced concentration of the galaxies showing star formation (SF) or active galactic nuclei (AGN) activity in the region between two subclusters in A168, which were possibly triggered by the cluster merger. In A1750, we do not find any galaxies with SF/AGN activity in the region between two subclusters, indicating that two major subclusters are in the early stage of merging.     

太阳磁场观测研究

简要回顾了近几年国际上太阳磁场研究的一些重要进展，包括耀斑与磁切和电流的关系，电流螺度和磁螺度，磁场拓扑性，三维磁场外推，色球磁场研究，日冕磁场研究，内网络磁元，磁流和振荡，极区磁场观测以及色球磁元观测等方面内容，同时也介绍了怀柔太阳观测站最近所取得的主要成果，自20世纪90年代以来，YOHKOH高分辨率的太阳X射线数据，SOHO的多波段大尺度观测，TRACE的高分辨太阳过渡区资料，为研究太阳磁场从内部到距离几十太阳半径处的大范围演化提供了依据，高效的空间资料结合长期的地面资料，将是正派推动太阳磁场研究的重要手段和必然趋势。     

A multicolor photometric study of the neglected eclipsing binary FT Ursae Majoris

The multicolor photometric observations of the neglected eclipsing binary FT Ursae Majoris (FT UMa) were obtained in 2010. The 2003 version of the Wilson-Devinney code was used to analyze the light curves in the B, V and R bands simultaneously. Based on the spectroscopic mass ratio q = 0.984 published by Pribulla et al., it is found that FT UMa is an evolved contact binary with a contact degree of 15.3%. The low amplitude of light variations, ～ 0.15 mag, arises mainly from a moderately low inclination angle...     

太阳大气磁精细结构的射电探讨

太阳大气磁场的研究对于太阳大气物理及太阳活动研究是十分重要的。目前探测光球以外的日够以球，过渡区磁场的几乎唯一办法，是在紧密联系其他频说段取得的信息基础上使用射电观测。根据在微波，米波段有关辐射机制和传播过程，介绍了推导磁场讯息的基本射电方法。