基于CSST多色测光的时序测光精度分析

中国巡天空间望远镜(Chinese Survey Space Telescope, CSST)是中国的首个大型空间光学望远镜, 将对包括系外行星探测在内的诸多科学目标开展研究, 有望取得前沿科学进展. 时序测光精度是CSST重要的性能指标, 受到物理噪声和仪器噪声的影响, 需要通过数值模拟对其分析和评估. 模拟基于目前公布的CSST主要技术参数, 建立了时序的恒星信号和噪声模型, 以CSST的i波段为例, 分析凝视观测模式下的测光精度. 通过数值仿真, 展示了孔径测光中各项噪声的贡献, 特别是由指向抖动和像素响应不均匀性导致的抖动噪声. 模拟结果还给出了测光孔径的推荐范围. 为了获得更高的信噪比, 可以减小仪器抖动振幅和像素不均匀性, 或者采用参考星较差测光的方式. 结果为CSST后续的时序测光精度与不同指标参数的相关性分析、系外行星探测能力评估以及测光数据处理提供了模拟数据的支撑.     

基于深度学习的太阳F_10.7辐射通量的短期预报研究

F_10.7太阳辐射通量作为输入参数被广泛运用于大气经验模型、电离层模型等空间环境模型,其预报精度直接影响航天器轨道预报精度.采用时间序列法统计了太阳辐射通量F10.7指数和太阳黑子数(SSN)的关系,给出了两者之间的线性关系,在此基础上提出了一种基于长短时记忆神经网络(Long and Short Term Memory,LSTM)的预报方法,方法结合了54 d太阳辐射通量指数和SSN历史数据来对F_10.7进行未来7 d短期预报,并与其他预报方法的预报结果进行了比较,结果表明:(1)所建短期预报7 d方法模型的性能优于美国空间天气预报中心(Space Weather Prediction Center, SWPC)的方法,预测值和观测值的相关系数(CC)达到0.96,同时其均方根误差约为11.62个太阳辐射通量单位(sfu),预报结果的均方根误差(RMSE)低于SWPC,下降约11%;(2)对预测的23、24周太阳活动年结果统计表明,太阳活动高年的第7 d F10.7指数预报平均绝对百分比误差(MAPE)最优可达12.9%以内,低年最优可达2...     

短周期彗星表面水冰升华分布研究

彗星是太阳系遗留的原始星子,研究彗星彗核的演化对理解太阳系其他天体的形成和演化历史具有重要意义.在太阳的辐射作用下,彗星携带的挥发性成分会发生升华,并带动尘埃运动,造成彗核物质的损失.因此,彗核的升华活动对其表面形貌甚至整体形状演化都会产生影响.从IAU (International Astronomical Union) MPC (Minor Planet Center)获取轨道数据,并考虑了彗核的自转以及进动,利用MONET (Mass lossdriven shape evolution model)形状演化模型对短周期彗星做数值模拟,计算得到了短周期彗星1P/Halley、9P/Tempel 1、 19P/Borrelly、 67P/C-G (Churyumov-Gerasimenko)、 81P/Wild 2和103P/Hartley 2在一个轨道周期内的太阳辐射能量以及表面侵蚀深度的分布,结合其动力学参数讨论了自转、进动和公转等特性对其表面水冰升华分布的影响以及造成南北侵蚀差异的可能性.     

基于NPSVM模型的超新星识别方法

巡天观测与高能物理、黑洞天文等领域均有密切的联系.基于星系-超新星二分类问题,研究光谱数据预处理,结合余弦相似度改善PCA(Principal Component Analysis)光谱分解特征提取方法,用SDSS(the Sloan Digital Sky Survey)、WISeREP(the Weizmann Interactive Supernova data REPository)组成的5620条光谱数据集训练支持向量机,可以得到0.498%泛化误差的识别模型和新样本分类概率.使用Neyman-Pearson决策方法建立NPSVM(Neyman-Pearson Support Vector Machine)模型可进一步降低超新星的漏判率.     

射电望远镜多目标观测策略优化

望远镜调度是望远镜运行中的关键组成部分, 用于辅助科研人员进行合理的观测计划安排, 提高望远镜的运行效率, 获取高质量的观测数据. 然而, 由于不同观测项目的科学需求不同, 望远镜的调度过程十分复杂. 针对短周期多目标的观测项目, 考虑望远镜换源时转动时长、观测高度角等因素进行建模, 采用贪心算法对中国科学院新疆天文台南山26m望远镜脉冲星到达时间观测列表进行调度. 通过模拟表明, 使用算法完成的观测列表可以有效地减少观测过程中的平均转动时长, 提升观测数据的质量, 提高望远镜时间利用率, 减少科研人员对观测列表编排的负担.     

M型恒星周围系外行星统计研究

M型恒星(M dwarf)是主序星中质量较小的恒星,也是银河系中数量最多的恒星类型,在其周围形成的行星通常距离主星较近,宜居带也比F、G、K型恒星更靠近主星,更有利于发现系外宜居行星.研究表明, M型恒星周围平均存在2.5颗小质量行星,约为F、 G、 K型恒星的3.5倍,但M型恒星周围巨行星的出现率(occurrence rate)则比F、 G、K型小一个量级.基于M型恒星周围发现的401颗行星的参数开展了统计研究,发现质量越大的行星平均轨道半长径越大.类地行星约占行星总数的74%,且轨道半长径均小于1 au,其中28颗行星具有潜在宜居性.根据行星质量-半径关系,在质量等于4倍地球质量(M⊕)处存在一拐点,除少数几颗行星外,大部分小于该质量的行星可能都是由约65%的硅酸盐和约35%的铁组成,大于该质量的行星半径则随质量增加而迅速增大.约60%的M型恒星周围的行星位于多行星系统且轨道分布紧密,相邻行星轨道在3:2、5:3及2:1等平运动共振位置处存在峰值. M型恒星的多行星系统形成与演化等问题对现今的行星形成理论提出了新挑战.     

基于双谱滤波的综合脉冲星时算法研究

毫秒脉冲星的自转频率非常稳定,提供了一种独立的基于遥远自然天体并能持续数百万乃至数十亿年的时间基准,具有稳定性强、运行时间长、服务范围广等特点.为了减弱毫秒脉冲星计时观测中各种高斯噪声对脉冲星时的影响,研究了一种基于双谱滤波的综合脉冲星时构建算法,处理分析了国际脉冲星计时阵(International Pul-sar Timing Array,IPTA)最新发布的4颗毫秒脉冲星(PSR J0437-4715、J0613-0200、J1713+0747和J1909-3744)的观测数据,分析了不同时间尺度综合脉冲星时的稳定性,并与构成国际原子时(International Atomic Time,TAI)的4家授时单位原子钟稳定性进行了比较.结果表明:双谱滤波算法能够较好地抑制观测噪声,提高综合脉冲星时的稳定性.相比于经典加权算法,综合脉冲星时1 yr、10 yr稳定度从7.77×10^-14、8.56×10^-16分别提高到1.50×10^-14、3.50×10^-16,单脉冲星时稳定性的提升也类似.同时发现,综合脉冲星时稳定性在5 yr及以上时间尺度上优于原子钟稳定性,可用于改善当前原子时的长期稳定性.     

基于扇形子镜的12m光学红外望远镜拼接共相误差仿真分析

为满足国内对应用大型通用光学望远镜在光学红外波段进行天文观测的需求, 中国计划建设一架12 m大口径光学红外望远镜(12-meter large aperture optical-infrared telescope, LOT). LOT对于中国天文界具有极其重要的意义, 将会在近红外波段实现共相. LOT的主镜将采用子镜拼接的方案, 由72块扇形子镜拼接而成, 并且中央部分有一块直径4.5m的圆形镜. 分析了采用扇形子镜拼接方案下LOT的共相误差, 提供了详细的共相误差理论推导过程, 并对包括3种子镜面外误差在内的误差源进行深入的单独模拟和综合模拟. 在共相波长为1μm的条件下, 当服从正态分布的倾斜误差的均方根值小于0.016^\prime\prime或服从正态分布的活塞误差的均方根值小于42.5nm时, LOT的斯特列尔比大于0.8. 仿真结果对于采用共相拼接镜面主动光学的主镜在LOT中的应用具有重要意义.     

基于历史TLE的空间目标轨道预报误差演化规律研究

北美防空司令部(North American Aerospace Defense Command, NORAD)发布的双行根数(Two Line Element, TLE)是广大航天工作者最常用的轨道根数,与其对应的轨道模型是SGP4/SDP4 (Simplified General Perturbation Version 4/Simplified Deep-space Perturbation Version 4)解析模型.由于TLE中并没有包含相应的轨道精度信息,编目轨道的应用范围受到很大的限制.基于Space-Track网站发布的历史TLE数据和配套的SGP4/SDP4动力学模型,采用定轨标预报的方法统计并生成了大量目标轨道的预报误差,通过对预报轨道的时间区间划分给出了每个目标的预报误差随预报时间变化的拟合系数,并进一步对不同类型轨道预报误差的演化规律和特征进行了分类讨论,给出了4种轨道类型目标的轨道预报误差随时间演化的平均解析模型,为拓展双行根数的应用提供有价值的参考.     

修正的Neupert效应

Neupert效应的定性描述是耀斑中脉冲分量(硬X射线、微波暴)与渐变分量(软X射线发射)之间存在的因果关系,即耀斑最初的能量是以加速粒子的形式释放,加速的电子在大气传输过程中产生非热硬X射线轫致辐射,并加热大气,耀斑软X射线发射是高能粒子注入大气的响应.根据经典Neupert效应的定量描述,硬X射线发射(表征非热电子注入)结束时软X射线应该立刻达到极大,但以往的观测发现一些耀斑软X射线峰值时间(t2)明显晚于硬X射线结束时间(t1)(τ=t2–t1,τ 0),热与非热辐射之间存在明显的偏离经典Neupert效应的情况.为了研究偏离经典Neupert效应的事件,在2002—2015年间的RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager)和GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites)耀斑列表中,按照在25–50 keV范围内光变较简单、软X射线有对应发射峰等判据,共选择276个耀斑样本,统计了这些耀斑的τ分布、环长d (用双足点源之间的距离来表征)与τ的关系.结果显示:(1)有227个耀斑τ 0,即有约82%的耀斑偏离经典Neupert效应;(2)τ与d之间存在一定的线性相关,即环越长,软X射线极大的时间越延后;(3)似乎存在一个临界距离,当环长小于临界距离时,经典Neupert效应成立.这些结果印证了修正Neupert效应的必要性,并对其物理意义进行了讨论.