基于Spark分布式框架的海量星表数据时序重构方法研究

时序重构是时域天文学中的一个重要数据处理步骤,也是拟合光变曲线、开展时域分析研究的基础。Hadoop、Spark这类MapReduce分布式模型在执行过程中分布式集群节点间的任务比较独立,需要跨节点的数据传输量较少。提出了非阻塞异步执行流程,每个分布式进程完全针对独立天区的数据进行连续处理,而分块边缘的新增天体导致的其他节点的新增证认任务延时批量追加,并且会根据各进程间的进度不同确定追加方式,保证证认计算没有遗漏,从而在提高并发效率的同时保证算法的精度。此外,对两表间的不同Join策略从理论和实验两个角度进行了研究并提出了免Join策略。最后通过基于Spark分布式框架的高效时序重构系统的设计完成了以上研究的验证。实验表明,与以往研究结果相比,该时序重构算法效率提升明显,为时域天文学中的天文时序数据分析的开展打下了良好的基础。

射电望远镜基于座架温度的热致指向误差建模

温度是影响高频大型射电望远镜性能的关键因素之一。以天马望远镜(TMRT)为例,研究了座架节点温度与天线指向之间的关系,提出了基于节点温度的指向误差修正模型构建方法。将指向误差视为座架节点温度的线性组合,以节点的温度灵敏度作为特征条件优化自变量的个数,将北极附近源2344+8226的指向测试结果作为样本集,与自变量简化前后的温度模型的效果进行对比。同时,这两种温度模型也进行了有限元分析验证,模型计算和有限元分析结果都与样本集相吻合。为了验证模型的通用性,对比分析了模型简化前后在4个季度的表现,结果表明简化后的温度模型预测效果更佳。建立的基于节点温度的指向误差修正模型的快速计算结果,也为座架热致指向误差实时修正提供数据支持。

大麦哲伦云超泡30 Doradus C研究进展

超泡是由OB星协中大质量恒星星风或/及超新星爆炸驱动而产生的带壳层的巨型泡状星际介质结构,在多个波段都有明显的发射特征,是研究天体辐射机制的重要场所。30 DorC是大麦哲伦云中唯一已观测到明显非热辐射的超泡,非热辐射覆盖了整个超泡区域且在壳层处最显著,是大麦哲伦云中结构最大的非热辐射源。回顾与总结了截至目前天文学界对30 DorC的研究成果,介绍了超泡内展源的基本情况,包括X射线热辐射、非热辐射以及其他波段的结果,同时对超泡内部已发现的点源信息做了整理,并讨论了超泡30 DorC内粒子加速的证据、可能的粒子加速机制、超泡形成原因等热点问题。

黑洞X射线双星中X射线反射成分的研究进展

反射是研究黑洞X射线双星的一个重要工具,有助于理解强引力场中所独有的许多物理过程。综合了观测和理论方面的研究,探讨了黑洞X射线双星中X射线反射成分的最新进展:(1)介绍了反射成分的相关物理过程和能谱形态特征;(2)回顾了近年来在黑洞X射线双星不同能谱态中发现的反射成分及其特征;(3)回顾了反射模型的发展历史,并着重介绍了现有的反射模型,其中特别关注了最近发展起来的relxill模型;(4)探究了反射成分研究中的一些难点和挑战,例如吸积盘厚度和冕区性质的不确定性;(5)对未来黑洞X射线双星反射成分的研究进行了展望。

基于文献分析脉冲星搜寻及应用研究进展

脉冲星在天体演化、物理学、计时、深空自主导航、引力波探测等领域均有重要的学术和应用价值,脉冲星搜寻及其应用也成为了当前天文界热点研究之一。为了更好地探究脉冲星搜寻及其应用领域的研究现状和未来发展趋势,在Web of Science(WOS)数据库筛选出有关脉冲星搜寻及应用的964篇文献,在阅读核心文献的基础上,采用数据分析和可视化方法进行深入探讨。结果表明,脉冲星搜寻及应用领域的研究经历了初始探索阶段和稳健发展阶段,目前进入蓬勃增长阶段。该领域各国之间密切合作,形成了三大主要的研究群体。脉冲星搜寻及其应用研究在未来将产生如直接探测引力波、深空自主导航等重要科研价值和实际应用结果,将进一步丰富和多元化脉冲星的研究领域。

2023年度国家自然科学基金天文学科常规项目申请和资助情况分析

介绍了2023年度国家自然科学基金天文学科常规项目的申请和资助情况。结合往年数据,分析了学科基金项目申请和资助在研究领域、年龄等方面的分布和变化。指出了2023年基金项目申请和评审过程中发现的问题,最后对2024年度天文学科基金项目资助工作提出了一些建议。

基于LAMOST DR8光谱搜寻白矮星

白矮星是中小质量恒星演化末期残留的简并内核,是宇宙中绝大多数恒星的演化归宿。白矮星的大样本观测性质不仅可以为恒星演化理论提供检验与约束,还可以被用于研究银河系的形成历史与演化。结合Gaia的高精度测光和周年视差数据,在LAMOST第八次数据发布(DR8)低分辨率光谱数据中搜寻白矮星。通过使用模版匹配的方法,在LAMOST DR8中共找到4692颗白矮星和85颗激变变星,其中2876个目标在之前的工作中已经被证认为白矮星,1854个目标为首次在LAMOST中发现的白矮星。目视确认后对白矮星光谱型进行了详细的分类。经过对比,该白矮星样本的完备性为80%,分类的准确性达到99%,最终得到的LAMOST白矮星很好地反映不同类型的白矮星在Gaia CMD图上的分布。

仿真引力系统的非线性光学实验进展

非线性薛定谔方程(nonlinear Schrodinger equation,NLSE)是多类物理现象所遵守规律的共同数学形式。在光学系统中,NLSE可以描述激光脉冲在介质中传播的时空演化;在天文学中,可以描述引力透镜、波动暗物质纤维等天体和观测现象(所谓薛定谔―泊松方程系统,SPE),甚至可以巧妙地用来类比强引力场现象(所谓爱因斯坦Klein-Gordon系统,EKG)。从仿真原理、光路设计、实验结果、天文诠释等方面,详细介绍了非线性光学仿真实验在天文学领域的应用和进展;并简要展望了未来开展非线性光学实验,仿真各种波动暗物质结构的演化之前景。

超新星遗迹和脉冲星风云的X射线偏振成像

年轻超新星遗迹和脉冲星风云中的高能粒子可以通过同步辐射产生X射线。对该辐射的偏振测量有助于揭示粒子加速区磁场的性质,进而研究粒子加速的机制。首颗X射线偏振成像卫星于2021年底发射升空,已揭示了数个年轻超新星遗迹和脉冲星风云的X射线偏振图像。观测显示,仙后A和第谷超新星遗迹的偏振度较低,平均值分别约为2.5%和9%;而蟹状星云和船帆脉冲星风云的偏振度较高,平均值分别约为20%和45%。结果表明脉冲星风云的磁场较为有序,而两个年轻超新星遗迹的粒子加速区磁场是高度湍动的,且激波附近的磁场结构呈现径向分布。未来,随着对IXPE的使用越来越广泛,以及与我国建设中的增强型X射线时变与偏振探测器(eXTP)等更多望远镜投入使用,以上两类天体的磁场构型和粒子加速模型将得到进一步的限定。

JWST时代系外行星大气研究的机遇与挑战

当前已经探测到超过5000颗系外行星,系外行星领域正在从搜寻普查进入到精细表征阶段。过去20年通过对大约100颗系外行星大气表征,初步建立了对凌星行星和直接成像行星的大气探测方法和一系列大气光谱正向建模、反演方法与大气理论的基本框架。詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,JWST)具有前所未有的近红外到中红外光谱探测能力,高质量数据将带动大气理论与模型的跨越性发展。第一轮观测的科学产出展现了JWST对凌星行星和直接成像行星的大气表征能力以及对宜居带行星大气的初步限制。JWST时代的系外行星大气精细研究已初露峥嵘,与未来5年内即将建成的具有大气普查能力的ARIEL和大口径自适应光学地基望远镜相联合,将在更深的层次上揭示系外行星大气的多样性。

特低频电磁波吸收与银河系自由电子气分布

电磁环境中双黑洞并合可辐射与引力波同频率的电磁信号,但低频电磁波有可能被星系介质吸收。电磁波在穿越大气过程中会被吸收,某些频率的电磁波被吸收得多,某些频率的电磁波被吸收得少,被吸收得少的那些频率窗口被称为电磁波的大气窗口。类似地,电磁波在宇宙空间中传播会被星系介质吸收。着重探讨电磁波在银河系空间中传播的吸收问题。研究发现,电磁波穿越银河系空间到达地球存在下限截止频率。天球上不同方向上对应的下限截止频率不同,存在一个分布,该分布与银河系自由电子气的分布密切相关。该文通过对该截止频率分布进行测定从而确定银河系自由电子气的分布。

棒与星系整体恒星形成性质关系的统计研究

盘状星系中的棒结构特征与星系自身所处环境及整体恒星形成特征之间存在复杂的相互关系。利用细致的星系形态特征测量计划Galaxy Zoo DECaLS中的数据构建了一组目前最大的具有同样恒星质量分布的强棒、弱棒和无棒星系样本。通过引入星系所处暗晕质量及相空间特征来控制星系所处的环境效应之后,进一步对比研究强棒、弱棒和无棒星系的恒星形成特征。研究表明,有棒星系中的恒星形成熄灭的比例系统地高于无棒星系,且强棒的效应更为明显。但是,对于仍处于恒星形成主序上的星系来说,强棒、弱棒和无棒星系的恒星形成特征并没有显著差别。以上结果表明,星系中的棒特征在其存在的时标中可能使部分星系迅速地从恒星形成转入熄灭状态。

基于激光映射方法的天线面板变形重构技术研究

对大型射电望远镜主反射面的单块面板变形进行了研究,将机器人学六自由度姿态变化应用至大型射电望远镜反射面面板的变形研究当中,提出了一种基于刚体六自由度变形的面板变形表征方式。基于该刚体六自由度姿态变形理论,提出了一种基于光学方法的天线面板变形重构技术,该项技术通过固结于面板上的激光单元所呈现的光斑图像来快速高精度地重构出面板的变形。深入地探究了激光光斑与天线面板变形两者之间的映射关系,将天线面板空间变形问题转化为有限区域内的激光光斑位移问题;对该方案的光斑图像进行了研究,提供了有效的光斑图像处理算法;将图像差分方法与Canny边缘检测算法相结合,能够有效地解决传统Canny算法在处理小目标时的问题,还采用了高精度亚像素质心定位算法,能够对光斑点进行亚像素级别的定位。为天线面板的测量提供了一种新的、可靠的图像处理方法,也为提高天线面板测量的精度和效率提供了新思路和方法。

导航卫星姿态和光压模型研究进展

不同导航系统中卫星的形状、材料、轨道设计和姿态控制模式等都不相同,在进行多系统数据联合处理时,要获得高精度的卫星轨道,需要区别对待不同类型卫星的姿态模型和光压模型。作为导航卫星所受量级最大的非保守力,国内外许多研究是围绕光压模型的建立与精化等方面来开展,以便建立最合适的模型,从而获取更高的定轨精度。目前的研究表明,新的Galileo以及北斗卫星采用与之前不同的姿态控制模式,适用的光压模型也不同。总结了目前比较通用的导航卫星姿态模型,尤其是官方最新公布的北斗卫星的姿态模型,详细介绍了卫星光压模型研究进展和近几年来新发射卫星光压模型以及其先验模型的构建方法,并分析了各个模型的优缺点和适应性。通过对目前导航卫星姿态以及光压模型的分析,提出在更高精度的定轨任务中有待改进的问题,为导航卫星尤其是新发射导航卫星精密定轨中的光压和姿态模型的选择和建立提供参考。

基于插值方法的天线背架结构热分析

大型射电望远镜的天线背架具有结构复杂和节点多等特点,若能够较为精确地重构天线背架的温度场,将对背架热变形等分析有很大帮助。通过在天线结构上安装一定数目的传感器,测量指定位置的温度值,利用距离反比加权插值方法与这些离散的温度值来重构天线背架的温度场,并对不同姿态下的温度场进行分析。而距离反比加权插值效果与距离计算方式、距离方次以及搜索半径相关,以交叉验证的方式对距离反比加权插值方法进行了优化,使精度优于0.5℃。另外,通过插值方法可得出任意时刻的背架温度场,并对不同状态下的背架温度场进行分析,得出影响温度场分布的因素,以及不同方向温差对天线造成的焦距误差与指向误差。

S40954+65喷流的高分辨率观测研究

S40954+65是一个典型的BL Lac天体,观测表明,其射电、光学和γ射线波段的辐射具有准同步耀变现象。利用美国甚长基线干涉阵列VLBA对该源分别在2018年6月和2019年11月进行多波段观测,发现其射电核的流量密度谱有明显变化。通过同步自吸收机制,得到射电核心磁场强度为(3.3±0.9)×10^(−4)T。通过分析2017年5月―2021年5月期间VLBA 43 GHz观测的归档数据,发现2个明显的喷流运动成分和靠近核心的一个静止成分。对两个运动成分分析得到喷流的视向夹角分别为5.5°和6.9°,张角为1.8°和2.4°。利用VLBA 43 GHz归档数据以及Fermi卫星4期源表(4FGL)中该源的γ射线流量,发现射电核心和γ射线在2018年10月―2021年5月间变得更加活跃,且射电核心流量变化更强。

基于机器学习的单脉冲搜索候选体识别对FAST观测CRAFTS数据的应用研究

单脉冲搜索作为脉冲星探测的有力工具,在探测旋转射电暂现源以及快速射电暴中扮演着重要角色。为了从海量的射电巡天数据中快速筛选出最有价值的单脉冲搜索候选体,候选体识别已经从早期启发式阈值判断发展到基于机器学习自动识别。对于FAST观测,研究了基于机器学习的单脉冲搜索候选体识别应用到CRAFTS(the commensal radio astronomy FAST survey)超宽带脉冲星数据的性能表现。在评估过程中,使用单脉冲事件组识别(SPEGID)和单脉冲搜索器(SPS)两类自动识别方法,通过7种不同机器学习分类器对CRAFTS基准数据集产生的单脉冲搜索候选体进行自动识别;作为对比,也使用了启发式阈值判断的方法(RRATtrap和Clusterrank)。结果表明,SPEGID具有最好的性能表现(最高的F1-score值95.1%、次高的召回率95.4%、最低的假阳性率4.7%),SPS具有最快的筛选速度(平均每小时筛选4010个候选体)。通过对比分析结果,探讨了如何基于FAST观测数据开展高效的单脉冲搜索候选体识别。

热层大气密度对太阳辐射27 d短期震荡的响应规律

在近地空间目标和碎片的定轨预报任务中,需要准确计算热层中性大气密度。太阳辐射约27 d周期的短期震荡是影响大气密度的一种重要的空间环境因素,它会引起大气密度在全球尺度上的涨落。选择CHAMP、GRACE-A和SWARM-C这3颗极轨卫星星载加速仪数据推导出的大气密度资料,提取其中的27 d短期变化信号,与太阳极紫外辐射(S_(10)指数)的27 d短期变化进行多元回归分析,研究热层大气密度对太阳辐射短期变化的响应规律,及其在不同高度、辐射水平、昼夜半球和纬度等方面的差异。结果表明:太阳辐射短期变化对大气密度的影响与高度负相关(主要因素)、与辐射水平正相关(次要因素);对白天半球的影响是夜间半球的约2倍;在白天半球,辐射影响随着纬度增大而减弱,夜间半球恰好相反。将以上观测结果与NRLMSISE00模型模拟结果对比,发现模型低估了太阳辐射短期变化对大气密度影响的(50%~60%),且低估了高度差异,但高估了辐射水平差异。利用SOHO卫星对太阳26~34 nm波长极紫外辐射1 h分辨率的测量值,研究了大气密度对辐射的响应延迟时间,约为18 h(0.75 d)。研究结果对于优化大气模型建模、修正大气密度具有借鉴价值。

火星探测器动力学模型优化及“天问一号”探测器定轨研究

对上海天文台火星探测器定轨软件的动力学模型进行优化和升级,开发形成了MarsODP V2.0,该软件可以处理多种类型测量数据。对火星进行高精度动力学建模,考虑火星本身特性,增加了火卫一和火卫二的三体摄动、火星大气阻力摄动以及多种火星定向模型优化等。利用MEX实测数据比较了优化前后的火星定轨软件的定轨精度,计算结果表明,动力学模型优化后,定轨精度明显提升,与参考轨道的位置差异和速度差异减小;利用实测数据对美国MRO探测器进行精密定轨并验证软件优化后定轨精度。对“天问一号”探测器环火轨道进行定轨计算分析。

HY2D卫星星载GPS数据精密定轨研究

采用HY2D卫星2021年6月1日―14日和6月19日―27日星载GNSS主、备份接收机数据,基于简化动力学定轨算法,研究了星载GPS精密定轨技术,分析了主、备份接收机性能及其定轨精度。利用主、备份星载GPS数据定轨,得到相位拟合残差RMS的平均值,分别为0.69 cm和0.82 cm。当轨道重叠4 h时,主份接收机径向差异为0.2 cm,三维位置差异为0.6 cm;备份接收机径向差异为0.3 cm,三维位置差异为1.7 cm,备份接收机结果差异稍大。用法国CNES提供的精密轨道检验主、备份接收机数据的定轨精度,发现主、备份接收机定轨结果与法国产品的径向差异平均值分别为0.8 cm和1.2 cm。用站星间高度角大于20°的全球SLR核心测站观测数据检验主、备份接收机定轨精度,其测距方向残差RMS分别为1.51 cm和2.44 cm。研究结果表明,HY2D卫星搭载的主、备份星载双频GNSS接收机都可以满足卫星径向厘米级精度的定轨需求。