VLBI天体物理课题概观

从最初使用VLBI技术20余年来,VLBI已日益成长为成熟的、最重要的射电天文观测技术。特别因其具有无以伦比的高分辨率,使VLBI对天体物理学一直产生着深远的影响。 本文力图反映这种影响,并概述VLBI天体物理的一些主要研究课题及其研究目标。希望这些内容对打算选择VLBI天体物理观测课题的天文工作者有所助益。     

VLBI数字基带转换器测试进展

叙述了中国科学院上海天文台正在研发的VLBI数字基带转换器的最新测试进展。首先介绍了VLBI数字基带转换器的项目背景。接着介绍了VLBI数字基带转换器的设计指标和系统组成。然后介绍了利用VLBI长基线方法测试分析VLBI数字基带转换器性能的具体过程,并且通过在VLBI观测中与传统模拟VLBI基带转换器进行了性能对比,得出结论:目前VLBI数字基带转换器在以射电源为信号源的VLBI观测中,射电源流量高时条纹信噪比优于模拟VLBI基带转换器,射电源流量低时条纹信噪比与模拟VLBI基带转换器相当,且数字基带转换器带通特性好于模拟基带转换器。     

脉冲星VLBI观测软件相关处理进展

VLBI是进行高分辨率脉冲星观测研究的重要手段.脉冲星信号是非常微弱的脉冲序列,其VLBI观测面临多种挑战.在数据相关过程中采用有效技术提取脉冲星信号可提高观测成功率和精度.DiFX(Distributed FX-style Software Correlator)是目前国际上流行的开源软件相关处理机,它采用非相干消色散技术和“脉冲星数据分箱技术”(Pulsar Binning),在脉冲星VLBI观测数据的相关处理方面具有优异的性能.介绍了DiFX的构架,安装、调试方法,并对利用DiFX处理脉冲星VLBI观测数据的进展情况进行论述.利用单机环境下的DiFX,在普通模式和Pulsar Binning模式下对中国VLBI网(CVN)第一次脉冲星观测数据进行相关处理;利用德国马普射电天文研究所集群计算环境下的Bonn-DiFX,在Pulsar Binning模式下对流量仅有2.6 mJy的毫秒脉冲星PSRJ1022+1001的欧洲VLBI网(EVN)观测数据成功进行相关处理.最后,对使用DiFX处理脉冲星观测数据情况进行总结,并展望了今后CVN开展脉冲星观测研究的前景.     

基于基线信噪比估计台站性能参数与射电源流量密度

对于天体测量与大地测量VLBI观测,所选取射电源的强弱以及参加观测的台站系统的性能表现对其观测结果具有重要的影响。以基线信噪比为观测量建立观测方程,采用带约束条件的最小二乘估计方法,统一估算射电源的流量密度和台站的系统等效流量密度,从而对所选取射电源以及台站在VLBI观测中的性能表现进行评估。使用国际VLBI网观测数据验证了射电源流量密度及台站性能参数估计方法的正确性,并利用中国VLBI网实测数据评估了国内VLBI台站的性能表现。     

嵌入式千兆以太网传输系统在VLBI硬件相关处理机中的应用

甚长基线干涉测量（VLBI）是重要的射电天文技术，具有极高的空间分辨率，是国际上广泛采用的深空探测器高精度测量手段。硬件相关处理机则是VLBI数据预处理的核心设备。随着以FPGA（Field Programmable Gate Array）为实现平台的嵌入式系统的不断发展，用FPGA和嵌入式系统作为实现方式成为硬件相关处理机研究的一个方向。研究了如何利用嵌入式千兆以太网传输系统对硬件相关处理机的长期累加子系统（LTA）进行改进。     

对射电源的VLBI巡天

甚长基线干涉技术使射电天文观测分辨率高出其他波段三个数量级。它所获得的如超致密的活动星系、类星体核结构的直接观测以及射电源中视超光速现象的发现等一系列天文成果,为人们认识宇宙打开了新窗口。 使用VLBI进行天体物理学研究,通常可以分成两种不同的战略:一是对个别射电源的形态细节作研究,进而引出结论去解释一类射电源特性;二是对定义的样本进行观测及统计分析以推断它们的性质。本文介绍的VLBI巡天属于第二类。 通过对近年来一些不同类型的重要巡天工作的介绍及扼要评述,以展示这方面的进展。这些巡天由于各自不同的天文目的,因而有各异的观测程序设计。我们相信,其中某些课题方向以及观测技术方法的考虑,会成为中国开展VLBI课题研究工作的有用借鉴。从所介绍的巡天工作结果中,可以获得很多有关VLBI目标的信息。它们可以作为进一步VLBI观测设计的直接依据;同时也可以直接作为统计分析工作的资料。     

VLBI数据软件相关处理方法研究

VLBI技术是 2 0世纪 6 0年代后期发展起来射电干涉新技术 ,自 2 0世纪 70年代至今VLBI数据预处理主要采用硬件相关处理机。近年来随着通用计算机性能的大幅度提高 ,利用软件方法对VLBI数据进行相关处理逐渐成为可能。介绍了国内外VLBI软件相关处理机的研究进展情况和VLBI数据相关处理的基本数学模型。针对实际软件相关处理方法研究中数学模型应用和各类参数选取等情况作了详细介绍。根据现有数据处理精度和处理速度 ,进一步分析了提高软件相关处理速度的可能性。     

VLBI数据软件相关处理方法研究

VLBI技术是20世纪60年代后期发展起来射电干涉新技术，自20世纪70年代至今VLBI数据预处理主要采用硬件相关处理机。近年来随着通用计算机性能的大幅度提高，利用软件方法对VLBI数据进行相关处理逐渐成为可能。介绍了国内外VLBI软件相关处理机的研究进展情况和VLBI数据相关处理的基本数学模型。针对实际软件相关处理方法研究中数学模型应用和各类参数选取等情况作了详细介绍。根据现有数据处理精度和处理速度，进一步分析了提高软件相关处理速度的可能性。     

GPS卫星应用于天球参考系连接之初探

本论述了利用GPS卫星的射电与光学定位实现参考系连接的基本方法,并对参考系连接的精度作了分析，探讨了中国VLBI网利用GPS卫星进行参考系连接的可能性。章认为以VLBI、CCD技术为观测手段，利用GPS卫星可使射电参考系与恒星参考系在0.″01甚至更高的精度上得到连接。     

百秒差距尺度上的4C39.25

通过主要在短厘米波长的全球VLBI观测,已经发现强射电类星体4C39.25在十秒差距尺度结构中的视超光速运动,其运动学图景表明该源是一个很特殊的视超光速源.近几年已提出了若干模型,试图解释这特殊的运动图景.报道不多的百秒差距尺度的VLBI观测,很可能有助于检验提出的模型.本文介绍用欧洲网及上海25m天线,在18cm波长对4C39.25所作的VLBI 成象观测的初步结果,显示百秒差距尺度复杂结构及可能存在的视超光速运动.     

EGRET活动星系核的VLBI观测研究

EGRET空间望远镜已检测到66颗高置信度的γ射线活动星系核，这些活动星系核都是射电强的，具有很高的光度，迅速的光学变化，有相当的比例是视超光速源，对γ射线 活动星系核的研究是目前世界上最活跃的前沿课题之一，为了完备EGRET活动是系统核的射电观测图像样本，以便进行更可信的统计研究，对一些缺少射电图像观测的EGRET活动量的核进行了多历元的VLBI和VLA的观测研究，得到了它们的射电结构图像。     

基于多重网格的射电源条纹搜索算法研究

空间甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Infertaro-meter,VLBI)是射电天文未来重要的发展方向,但其观测系统和轨道等不稳定因素会导致相关处理机所需的预报时延模型与实际时延相差较大,在这种情况下很难获得干涉条纹.提出了基于多重网格的射电源条纹搜索算法,可以在不使用时延模型的情况下,使相...     

新疆天文台南山站DBBC2数字终端系统的建立

随着计算机数字技术的高速发展,甚长基线干涉仪测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)所需的关键观测终端设备基带转换器(Base Band Converter,BBC)已从模拟系统(Analog BBC,ABBC)发展为数字系统(Digital BBC,DBBC)。相对于模拟系统,数字系统具有很高的灵活性,并能成倍提高VLBI观测带宽,进而能满足各种高灵敏度的观测需求。考虑到这些技术优势,以及新疆天文台南山站在国内和国际VLBI网中的重要作用,南山站2016年对VLBI终端系统进行了升级,引进了一套意大利Hat-Lab公司研发的DBBC2终端。介绍了DBBC2系统的主要构成模块和工作原理以及系统的组装、连接、配置、校准和调试方法。在对系统硬件和软件进行全面的检测和测试后,与国内和国际的主要台站开展了联合观测,并多次成功获得相关干涉条纹。这一系列的成功观测表明,南山DBBC2系统已成功安装,并具有很高的可靠性。应用新的DBBC2系统,南山站可参与2/4 Gbps的记录速率的宽带VLBI观测,极其有助于天文学家对宇宙中更暗弱的射电源开展毫角秒分辨率的成图观测。     

上海VLBI系统用于天体物理观测

上海VLBI系统于1988年建成，该系统具有观测设计、观测、相关处理（MK2系统）以及后处理的完备功能，从而在国际VLBI天体物理学研究方面有可能成为为数不多的研究中心之一。本文简要地介绍这个系统，以VLBI天体物理学观测实例来阐述整个系统的工作情况，给出由该系统获得的天体物理结果。     

国际VLBI计划及其对射电天文技术发展的影响

本文介绍了近年来国际上地面VLBI网和空间VLBI计划的概况和进展。并评述了这些计划对射电天文技术发展的影响。     

S5 2007+777的射电性质研究

S5 2007+777是一个典型的低峰值频率的蝎虎天体,该天体具有kpc尺度的X射线喷流,文献中利用模型估算的方法,得出X射线波段的多普勒因子达到13.0,从而喷流尺度可以达到Mpc量级.在此,搜集了有关S5 2007+777的欧洲甚长基线射电干涉网(European VLBI Network, EVN)高分辨率档案数据、美国甚长基线射电干涉网(Very Long Baseline Array, VLBA) 15 GHz观测数据等,研究了喷流的射电结构、亮温度、自行等方面的性质,发现该源的甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)不同波段的喷流方向一致,但与文献中给出的kpc尺度的X射线喷流和甚大阵(Very Large Array, VLA)射电喷流方向存在一定的差异,说明该源的喷流辐射存在多普勒增亮效应.由VLBI观测得到的亮温度,估算了该源的射电多普勒因子的平均值及中值均为5.0,此值小于文献中X射线波段的多普勒因子,但与文献中利用其他方法得到的射电波段多普勒因子是一致的;另外,对多历元观测数据的拟合发现此源相同波段的各个成分在长历元上没有明显的自行,短历元上的自行甚至是视超光速运动.这可能是由低表面亮度成分中心位置的转移造成的.这同时也验证了之前估算的射电多普勒因子不是很大,小于X射线波段多普勒因子的结论.利用所得到的射电多普勒因子,发现该源具有较大尺度的本征射电喷流,可达到0.5 Mpc,由于这里使用的是均值,因此说明该源也有可能具有接近巨射电星系尺度的喷流.     

Blazar喷流节点运动视速度的统计研究

VLBI观测表明,TeV伽马射线Blazar(耀变体)的喷流运动视速度远小于MeV/GeV伽马射线Blazar,然而TeV伽马射线辐射流量的快速变化却要求这些Blazar的相对论喷流速度与MeV/GeV Blazar的相当.对于这一矛盾,目前有多种解释.为了检验这些模型,我们收集了VLBI对Blazar喷流运动的监测数据,样本包括86个FSRQs(平谱射电类星体)、22个BL Lac天体,共108个Blazar;从统计上研究了,该样本中各Blazar最大视速度喷流节点的位置与射电光度相关关系.结果表明,Blazar最大视速度喷流节点的位置与射电光度有较强的相关关系,随着Blazar射电光度的减小,喷流中最大视速度VLBI节点的位置到VLBI核的距离逐渐变小.这意味着,TeV伽马源(低光度Blazar)的喷流减速区距离VLBI核较近,喷流从高能辐射区到VLBI可分辨尺度已经减速,支持减速喷流模型对TeV伽马射线Blazar上述矛盾的解释.     

日食的射电观测

日食为射电天文提供了一维高空间分辨率太阳射电观测机会,日食射电观测在太阳射电物理的发展上起过重要的作用,文中对日食射电观测的若干重要因素作了介绍和分析,日食射电观测在我国太阳射电天文台发展上也起了重要作用,文中简要介绍了在我国组织观测的１９５８年,１９６８年,１９８０年及１９８７年太阳射电日食观测及其主要结果。     

日食的射电观测(英)

日食为射电天文提供了一维高空间分辨率太阳射电观测机会．日食射电观测在太阳射电物理的发展上起过重要的作用．文中对日食射电观测的若干重要因素作了介绍和分析．日食射电观测在我国太阳射电天文发展上也起了重要作用．文中简要介绍了在我国组织观测的1958年、1968年、1980年及1987年的太阳射电日食观测及其主要结果．     

CVN硬盘系统和软件相关处理在e-VLBI试验中的应用

介绍了中国VLBI网（CVN）的e-VLBI技术研究进展．CVN包括上海佘山、乌鲁木齐南山2个固定观测站和云南昆明的流动站，以及上海天文台的2台站硬件相关处理机。2003年上海天文台自行研制了基于PC技术的VLBI数据记录、回放系统，命名为CVN硬盘系统，并成功将其安置于CVN观测站和处理机系统。硬件处理机经过改造后，已能处理来自硬盘和原有磁带系统的数据．从2003年至今，中国VLBI网采用该硬盘系统进行了多次VLBI观测和e-VLBI试验。在CVN硬盘系统基础上，软件相关处理技术的研究也得以开展。软件相关处理原型程序已经被用于台站条纹检测、卫星条纹搜索和数据处理中。该软件获得的计算结果被成功用于国内第一个3台站卫星VLBI的延迟和延迟率闭合试验，以及国内首次利用VLBI数据进行的卫星定轨试验。除此之外，该软件还用作硬件处理机的条纹引导器。为适应未来“嫦娥”月球探测工程，CVN将扩展成含有4个观测站和2个相关处理机（硬件、软件）的实时VLBI网。今后，e-VLBI将被应用于月球卫星导航以及测地和天体物理的VLBI观测。