近三年来国际上天体测量研究的进展

本文简述近三年来国际上天体测量的研究进展 ,特别是依巴谷星表向暗星扩充、2 0世纪初照相观测改进自行的精度和巡天观测资料对特殊天体物理现象的检测等方面的研究动态。最后介绍了空间天体测量卫星DIVA、GAIA、SIM和FAME计划的进展。     

银河系后院的新朋友

发现那些被明亮天体的光芒淹没的暗天体,是天文学中最大的挑战之一。例如系外行星,由于它们比母恒星暗得多,所以极难探测到。另一个例子是星系(比如银河系),它也会挡住或者淹没它后面的大部分天体。为了获知我们银河系附近区域内的宇宙准确面貌,天文学家必须进行深度且精确的巡天(这些工作往往耗时巨大)和计算机模拟。正因为天文学观测越来越全面,天文学家才能够不断发现我们附近范围内的新天体。     

宇宙信息

甚大巡天望远镜拍摄狮子三重星系 欧洲南方天文台的甚大巡天望远镜和它的照相机拍摄了狮子座中壮观的三重星系。不过照片中的暗弱天体而非这三个星系可能才是吸引天文学家的真正原因。这些暗弱天体的锐利影像说明甚大巡天望远镜及其照相机具备了探测更遥远宇宙的能力。     

第二代天体测量卫星及后依巴谷地面天体测量的进展

简述了后依巴谷的天体测量工作。首先给出了第二个天体测量卫星Gaia的最新进展、最近提出的JAMSE和OBSS计划的简介,以及包含天体测量内容的SIM PlanetQuest计划的情况; 叙述了多波段天体参考架的建立和维持,特别是依巴谷星表向暗星方向的扩充和数字巡天,以及其他地面观测计划,如双星和聚星、太阳系天体的观测等;介绍了天体测量与天体物理结合的几个研究课题的进展;最后对我国自然科学基金会“十一五”天体测量优先发展的方向与内容提出建议。     

我国近年来天文的新发现

这里叙述的新发现仅指某一特殊类型的发现（如新星，超新星和小行星等）及某一特殊类型天体的认证（如X射线源证认为类星体等），而不包括某一类天体的某种天象及未知性质源的列表（如深度成像观测得到的前人没有纪录过的一般天体，如恒星，但一些特殊天体亦列入），由于收集不全面和所谓“发现”定义的困难，向有发向而未列入者先歉意。从80年代后期开始，我国的观测设备有了很大垢发展，所以有一批重的的天文发现，为天文提供了很好的机会，它包括下面几方面，层系层次天体：（1）用X射线源和射电源证认了一批包括类星体，BL Lac天体，赛弗特天体在内的活动星系核；（2）用IRAS源证认了一批W－R星系；（3）BATC巡天在一个星系周围发现了一个“环”。恒星层次天体：（1）河外星系中发现了一批超新星的一个新星，（2）发现了和用ROSAT源证认了一批激变变星，（4）BATC和超新星巡天发现了一批变星，（4）发现了若干新的δSct变星，（5）发现了一批Herbig-Haro天体，（6）发现了一批水脉泽。行星层次天体：（1）发现了大批小行星，特别是有些是近地不行星，（20发现若干彗星。     

大视场巡天望远镜探测器响应与滤光片优化分析

大视场巡天望远镜(Wide Field Survey Telescope,WFST)是采用主焦式光学设计、2.5 m口径、具备强大巡天能力的望远镜,可以开展大规模图像巡天,用于刻画银河系和近邻宇宙的组成和结构、普查太阳系天体和外部构成、开展时域天文监测等科学研究工作.结合大视场巡天望远镜光学系统的透过率、西藏阿里站址的大气透过率和冒纳凯阿台址的天光发射谱,比较不同电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)量子响应曲线、读出噪声和不同曝光时间情况下,不同类型天体在u、g、r、i、z和w波段的能谱响应,分析各个波段测光信噪比,优化确定CCD响应曲线和用于太阳系天体巡天的白光滤光片(w)设计.分析结果显示:蓝敏CCD对探测超新星等高能爆发暂现源有优势,但在r、i、z波段效率降低,从而降低这些波段的巡天探测灵敏度.光学宽带CCD响应曲线兼顾蓝端和红端能谱响应,在相同观测时间内,可以实现比蓝敏CCD更高的巡天灵敏度.采用宽带CCD响应曲线,结合估算的WFST系统光学成像效率及站址的天光和消光,计算给出了巡天观测对太阳系天体(G2V恒星光谱)、椭圆星系(E)、漩涡星系(Sbc/Scd)、不规则星系(Im)、类星体、I型和II型超新星的探测灵敏度.通过调节w波段的带宽和中心波长,可以实现对不同类型天体的能谱响应信噪比最大化.综合比较,确定w滤光片的优化设计波长范围为367–795 nm.最后,计算给出了各波段长期巡天图像数据叠加的探测灵敏度随曝光时间的变化曲线.     

OTA图像天体测量结果的WCS-SIP参数表达

为了在OTA(Optical Telescopes Array)巡天项目中发现特定源的位置或者光度的变化,需要将观测图像中的目标与星表或不同历元的历史数据进行交叉比对,这就需要知道图像中目标的天球坐标.一种基于矩阵计算的方法被用于将OTA已有的底片常数变换至WCS(World Coordinate System)和SIP(Simple Imaging Polynomial)参数,并将这样的映射关系记录到OTA的FITS(Flexible Image Transport System)图像中以便于利用.在此过程中改进了OTA的天体测量方法.在此基础上对OTA天体测量中的一些问题进行了讨论.     

天文光变周期提取算法综述

随着大量巡天项目的开展和完成,天文领域积累了大量的光变数据。这些数据中蕴含了许多有重要价值的物理参数,如光变周期,它对研究光变的物理机制、爆发预测和天体质量估算等有很大的帮助。但受到天体自身动力学过程、观测条件和仪器状态等客观因素的影响,光变数据往往是非均匀采样的,并且都不同程度地受到噪声的影响。因此,非常有必要研究基于非均匀采样信号的光变周期提取算法。综述了基于频域、时域和时-频域分析的三大类光变周期提取算法,主要包括Lomb-Scargle周期图法、Jurkevich算法和加权小波Z变换算法等,着重分析和比较了这些算法的性能,同时分析了它们的优缺点,最后总结与展望了光变周期算法。     

北京天文台发现新的BL型天体和类星体

今年５月２８～３１日,北京天文台的两个天文学家小组在兴隆观测站用２１６米望远镜对从密云２３２ＭＨｚ巡天源表精选的１８个光谱源进行观测,获得了它们的低色散光谱。证认出５个蝎虎座ＢＬ型天体和类星体。其中３个蝎虎座ＢＬ型天体和５个类星体属于世界上首次发现...     

深度光学/近近红外巡天中恒星-星系自自动识别的研究进展

首先介绍了几个相关的深度巡天;随后介绍了目前深度巡天中常用的几种恒星-星系自动识别方法,包括双参数空间识别法、神经网络法、图像轮廓拟合法、光谱能量分布拟合法,并结合近期的研究进展对这些方法在处理恒星-星系自动识别问题时的具体适用范围和精度作了系统的介绍和评述;最后,结合有关方法对深度巡天中恒星-星系自动识别问题的研究现状和趋势作了简单总结和展望。     

最强力的红外照相机

安装在夏威夷联合王国红外望远镜(UKIRT)上的新的天文照相机(WFCAM)最近已开始工作。由联合王国天文技术中心研制的广角照相机是世界上最强力的红外巡天照相机,天文学家将用它测量大部分空间区域,预期既能发现太阳系里最近的天体也能发现宇宙中最远的天体。 WFCAM的视场是目前红外照相机中最大的,一次曝光就能拍     

SAGE巡天介绍Ⅰ——测光系统和数据处理

SAGE(Stellar Abundance and Galactic Evolution)巡天采用一套对恒星大气参数敏感的独特测光系统,包括uSC,vSAGE,g,r,i,Hα_n,Hα_w和λ_(DDO51)(David Dunlap Observatory,DDO)共8个波段。该系统对恒星大气参数(有效温度T_(eff)、表面重力lg g和金属丰度[Fe/H])和星际消光的测量比传统的uvbyβ系统(Str?mgren-Crawford,SC)更敏感。由于g,r,i波段带宽较宽,因而观测效率较高,对恒星大气参数的测量精度和观测效率均超过uvbyβ系统和宽带测光系统。利用美国亚利桑那大学Steward天文台2.3 m Bok望远镜、新疆天文台南山1 m望远镜和乌兹别克斯坦MAO(Maidanak Astronomical Observatory)1 m望远镜已展开巡天观测。项目计划在约4年时间内完成所有的巡天观测,北天天区覆盖面积约12000(~?)~2,高精度测光(信噪比为100σ)深度约15 mag(V波段);5σ探测极限可深至约20 mag(V波段)。最终将探测约5×108颗恒星,并得出其恒星大气参数以及星际消光。该样本比之前的u,v,b,y,β测光巡天,如GCS(Geneva-Copenhagen Survey)巡天和HM(Hauck and Mermilliod 1998)巡天,扩展到更深的区域,即深度达到7～8 mag(V波段)。利用观测得到的大样本恒星测光星表,可以开展如下课题的研究:(1)得到银河系约5×10~8颗恒星大样本的金属丰度分布,并根据恒星演化模型得到其年龄分布;(2)预期搜寻到一批贫金属星候选体,并利用其他望远镜进行下一步观测;(3)结合高质量的uSC波段数据,预期可以找到一批白矮星;(4)结合其他星表,预期找到一批长周期变源以及移动天体;(5)结合uSC波段数据和其他星表,预期可以找到一批类星体。     

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.     

旋转射电暂现源研究进展

旋转射电暂现源是McLauglin等人在2006年采用单脉冲搜寻技术,对Parkes射电望远镜多波束脉冲星巡天数据的处理过程中发现的一类特殊天体。该类天体在绝大多数时间都处于射电宁静状态,偶尔发射特征宽度为毫秒量级的脉冲信号。对其进行长期脉冲到达时间观测发现,其具有类似于脉冲星到达时间特性,但目前还不清楚该天体和脉冲星之间的具体关系。综述了近10年来射电以及其他波段的观测研究和理论模型方面的进展。在射电观测方面,主要介绍观测认证技术(包括零色散滤波、DM搜寻、阈值设定、匹配滤波和效果图检验等)、到达时间以及偏振方面的观测研究进展;在其他波段方面,主要介绍X射线、光学以及近红外波段的观测研究进展。在相关理论模型方面,主要介绍远距离的脉冲星模型,物质与脉冲星磁层相互作用模型以及脉冲星磁层辐射带模型等研究进展。最后将对射电暂现源观测研究进行总结与展望。     

SAGE测光巡天数据处理方法研究

元素丰度与星系演化(Stellar Abundance and Galactic Evolution,SAGE)是自主设计的能够准确计算恒星大气参数以及消光的新测光系统。对北天除银盘外共计约12 000 deg2的天区开展了SAGE系统测光巡天,计划获取约5亿颗恒星的高精度测光数据。单次曝光条件下100σ完备星等uSC～17. 3,vSAGE～16. 8(AB星等),这些为研究银河系提供宝贵的测光资料。介绍了巡天专用的数据处理程序的研究和开发,主要研究了针对单幅图像的快速自动化处理过程,重点介绍数据改正、天体测量校正、测光和流量定标过程,以及数据结果和数据质量检测等。     

不同测站近地小行星地基观测效能评估研究

目标的完备性搜索是开展近地小行星预警和防御的前提. 为量化评价近地小行星观测效能, 提高监测设备使用效率, 提出一种综合望远镜参数和测站天文条件的观测效能评估方法. 以观测目标信噪比作为检测指标, 设定检测条件形成目标检测方法, 定义评价指标用于评估近地小行星观测效能. 再基于近地小行星轨道数据和尺度分布模型, 建立近地小行星轨道数据模拟样本库. 最后选取中国科学院紫金山天文台盱眙观测站和中国科学院国家天文台冷湖观测台址, 仿真分析近地天体望远镜对直径0.01--30km近地小行星的观测效能, 结果表明: 不考虑两观测站年有效观测时间差异, 近地天体望远镜在冷湖观测全尺寸模拟样本的效能比在盱眙提高了5.21倍, 其中对1km以上直径目标的观测效能相当, 对1km以下直径目标的观测效能差异开始显现, 对0.1km以下直径目标冷湖优势更显著.     

根据数字化巡天光盘测定天体E或V星等

用目视和底片密度扫描的办法从帕洛玛巡天底片得到天体星等资料已有许多作讨论过，其结果得到广泛的应用，考虑到帕洛至于底片已经数字化并做出了数字化巡天光盘（ＤＳＳ），若从它直接得到测光资料将更为方便，为此，我们发展了直接从ＤＳＳ中得到天区天体Ｅ或Ｖ星等的软件，其测量Ｅ星等的精度为０．３７＾ｍ，Ｖ星等的精度为０．４２＾ｍ。     

基于红移畸变测量宇宙结构增长率的进展

星系红移巡天的一个主要目标是依据光谱红移测距,详细刻画宇宙中星系的三维空间分布。由于星系本动速度的存在,红移空间的星系分布存在着严重畸变,在大小尺度上有着不同模式的各向同性偏离。通过对红移畸变的观测研究,人们可从中获取速度场的信息,因此,红移畸变已成为暗能量探测的重要探针之一,为检验宇宙学尺度上的引力模型提供帮助。当前星系红移巡天项目已经取得了非凡成功,为人们提供了详细的星系空间分布数据。人们据此测量了星系的相关函数和功率谱,提取了精确的红移畸变信号,并通过模型拟合限制出了一批不同红移处宇宙结构增长率的估值,为探索宇宙尺度的引力模式提供了数据支持。主要介绍红移畸变模型、星系红移巡天观测和宇宙结构增长率测量等研究进展。     

基于深度学习的LAMOST星系星族参数测量

星系的光谱包含其内部恒星的年龄和金属丰度等信息, 从观测光谱数据中测量这些信息对于深入了解星系的形成和演化至关重要. LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope)巡天发布了大量的星系光谱, 这些高维光谱与它们的物理参数之间存在着高度的非线性关系. 而深度学习适合于处理多维、海量的非线性数据, 因此基于深度学习技术构建了一个8个卷积层$+$4个池化层$+$1个全连接层的卷积神经网络, 对LAMOST Data Release 7 (DR7)星系的年龄和金属丰度进行自动估计. 实验结果表明, 使用卷积神经网络通过星系光谱预测的星族参数与传统方法基本一致, 误差在0.18dex以内, 并且随着光谱信噪比的增大, 预测误差越来越小. 实验还对比了卷积神经网络与随机森林回归模型、深度神经网络的参数测量结果, 结果表明卷积神经网络的结果优于其他两种回归模型.     

大视场光学瞬变源认证系统的设计与实现

我国的大视场光学瞬变源巡天设备地基广角相机阵每2.5 min机器初步筛选出近千个瞬变源候选体,这些瞬变源候选体可能为超新星、变星、移动天体或者是噪声等。为进一步对瞬变源候选体进行管理和详细地筛选与认证,提出了基于网络开发框架的Django平台实现后台数据库管理和前端网页交互展示功能的光学瞬变源认证系统的设计方案。通过研究,本方案主要具备对瞬变源候选体的管理;光变曲线处理与展示;与已知多个类型天体星表的交叉进行分类;同时提供人机交互的人工认证界面接口等功能。得益于Django框架的优秀特性,系统无需额外的开发,即可提供良好的命令方式交互接口,方便科学家通过Django的接口对数据库进行面向对象的操作。通过将系统应用于我国已建成的迷你地基广角相机阵的观测数据测试,结果表明系统能将瞬变源候选体进行正确的分类与认证,为科学家对瞬变源候选体的后期认证提供了丰富的信息和方便实用的操作工具。同时,系统对于其它类似的瞬变源巡天项目也具有同样的实用意义。