天文应用红外焦平面读出电路研究

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^(-1)·s^(-1)。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。

南极冰穹A的天文台址测量进展

越来越多的观测证据表明,昆仑站所在的冰穹A地区在光学、红外和太赫兹等波段都有着地面最佳的天文观测条件。它具有优异的自由大气视宁度,极低的可沉降水汽含量,非常暗的夜天光背景,以及连续数月的极夜可观测时间等。通过对最近17年的工作总结,着重介绍冰穹A全面的台址测量工作,并展示测量结果以及最新的进展。

空间天文望远镜自适应精密稳像闭环控制

针对空间天文望远镜低频段视轴扰动补偿问题,提出了一种基于主动光学技术的自适应精密稳像闭环控制方法。该方法以精细导星仪(Fine Guide Sensor,FGS)为高精度视轴扰动检测器,以四点支撑压电驱动大口径快摆镜机构(Fast Steering Mirror,FSM)为视轴扰动补偿器。首先,采用位置式PID控制器串联积分环节进行精密稳像闭环控制,得到补偿FGS检测出的二维视轴扰动所需FSM的二维摆动角度,进而根据驱动结构转换为每个支撑点的压电陶瓷执行器(Piezoelectric actuators,PZT)的伸缩量。然后,利用基于广义Bouc-Wen逆模型的压电动态迟滞前馈补偿方法进行高精度的压电陶瓷执行器定位控制。最后,根据有监督的Hebb学习规则,利用具有自学习和自适应能力单神经元对PID控制器参数进行调整,从而得到最优控制器参数。实验结果表明,所提控制方法能够有效地补偿空间天文望远镜的视轴偏差,可以将精细导星仪X方向和Y方向的星点质心位置偏差功率谱密度在0~6 Hz频段内积分值分别抑制了98.54%和98.62%。

西太平洋中中新世转型的天文轨道周期特征

中中新世气候转型是一次深刻的全球降温事件,地球各圈层,包括大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、冷圈均发生了显著的变化,对理解新生代全球气候突变具有重要的借鉴意义。西太平洋GC18沉积柱样完整记录了中中新世15~11 Ma的沉积记录。本研究基于该柱样精确的年代学框架,开展了岩芯地球化学扫描.

吉林天文观测基地光学观测环境及相关研究进展

地基光学天文望远镜是人类探索与研究宇宙的重要手段,对已有地基光学台址的光学观测环境进行监测分析,可以为后期设备针对性改造以及观测者调整观测策略提供参考依据,对提升地基光学设备的观测效能具有重要的意义.吉林天文观测基地(简称“基地”)隶属于中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,位于吉林省吉林市大绥河镇小绥河村南沟约5 km处(东经126.3°,北纬43.8°,海拔高度313m).基地大气视宁度均值范围约为1.3″-1.4″、天顶附近V波段的天光背景亮度为20.64mag·arcsec^(-2)、年晴夜数最高可达270余天,具有良好的天文观测条件.吉林天文观测基地于2016年投入运行,现有1.2m光电望远镜、迷你光电阵列望远镜、大视场光电望远镜阵列、新型多功能阵列结构光电探测平台等多台(套)光电望远镜设备.利用上述设备,主要围绕空间目标探测与识别、精密轨道确定、光电探测新方法以及变源天体的多色测光等开展相关研究工作,与多家国内高校及科研院所保持着良好的合作关系.

多波段多信使天文警报信息汇集与发布平台的设计与实现

【目的】近年来天文学研究进入多信使、多波段天文学时代,天文学家可以根据天文警报信息及时地调整观测计划,追踪观测热点事件,及时全面地获取天文警报信息非常重要。【方法】基于天文警报信息获取的需求,设计了天文警报汇平台,一站式汇集国际主流信息渠道数据,利用ChatGPT完成关键信息抽取,优化提示工程,提高ChatGPT信息抽取成功率,对警报数据融合整理后进行可视化展示。【结果】实验验证了提示工程的优化使ChatGPT抽取关键信息的成功率得到显著提升。【结论】天文警报汇平台可以给天文学家提供便利,及时地发布、共享天文警报信息。ChatGPT在很大程度上能够帮助科研人员从原始警报文本中抽取需要的关键信息,提示工程的优化使ChatGPT的输出更加可靠。

面向天文多普勒差分测速的太阳/行星光谱对生成方法

为了提供天文多普勒差分测速所需的同步太阳/行星光谱对,提出了一种变分自编码器(VAE)和对偶生成对抗网络(Dual GAN)相融合的VAE-Dual GAN。首先,实测太阳光谱经过VAE编码到隐空间,实现了光谱到光谱域的扩充;然后,由Dual GAN将隐空间映射到伪行星光谱;最后,利用伪行星光谱生成重构太阳光谱。此外,利用编码和生成重建损失加强对网络的约束。VAE-Dual GAN利用Dual GAN的转换学习能力完成了两个光谱域的转换,生成同步太阳/行星光谱对。实验结果表明,VAE-Dual GAN可生成高质量的太阳/行星光谱对,将天文多普勒差分测速精度提高60%以上。

基于天文光子学的拼接主镜望远镜位相传感与对准

系统孔径的增加可以有效提高测量观察的灵敏度和分辨率,从而得到高质量的深场测量数据.然而孔径的增加不仅给系统尤其是具有拼接主镜的巡天望远镜系统引入了新的影响因素,从而使其变得更复杂,而且改变了现有组件的操作模式和效果.在这项研究中,我们将子孔径镜检测与曲率传感相结合,该策略可以利用焦平面前后的强度差异测量系统中的对齐倾斜和相位差,从而实现对齐调整和波前稳定性的维护.在子孔径之间使用波前信息来保持连续性,而在系统接口处使用条纹模式来调整对齐倾斜方向.最终实现了原始波前的相关系数大于0.8,子镜边缘区域的PV值减少了超过40%,并且实现了2″的共焦分辨率,以及在5μm范围内的0.08μm的共相位分辨率.此外,每个子镜的边缘干涉测量通道数量从6个减少到2个,吞吐量增加了3倍.为确保未来超大孔径拼接望远镜的最终条纹分辨率,必须有效地减小系统探测器的目标尺寸、体积和质量.而这种基于天文光子学器件的方法能够有效地增加系统的集成度,减少环境对地基系统的影响,降低天基系统的发射成本与风险.

太周探测:从60年代四大天文发现说起(下)

人类的探索欲望及数千年来的不断积累促成了20世纪60年代的四大天文发现,而大气层对天文观测的一些根本性限制促使人们在20世纪冲出地球进入太空。在宽广的波段进行天文观测有着极为苛刻的要求,新猜想和模型的提出也要求进行新的验证,这些都促进了观测设备及器件的性能趋于极致。本文旨在对此进行简要的回顾分析并列举一些典型实例,侧重考察其探测波段、主镜或天线的口径、探测仪器及所用器件的类型和性能等,以便进行纵向和横向的比较,温故而思新。

中国科学技术大学-中国科学院紫金山天文台2.5米大视场巡天望远镜(墨子巡天望远镜)

中国科学技术大学-中国科学院紫金山天文台2.5米大视场巡天望远镜(即墨子巡天望远镜,WFST)是中国科学技术大学“双一流”学科平台建设项目,双方于2018年3月1日召开望远镜项目预研启动会,2019年7月正式开展望远镜建设,2023年8月望远镜建成并开展调试观测,2023年9月17日望远镜首光仪式暨科学战略研讨会召开,并成功发布仙女座星系图片,标志着望远镜设备基本达到设计标准,已经可以开展天文观测研究。墨子巡天望远镜口径2.5米,采用国际先进的主焦光学系统设计和主镜主动光学矫正技术,可实现3度视场范围内均匀高像质和极低像场畸变成像,配备7.65亿像素大靶面主焦相机,具备大视场、高像质、宽波段的特点。墨子巡天望远镜安置于青海省海西州茫崖市冷湖镇赛什腾山海拔4200米的天文台址,是冷湖天文观测基地首个投入运行并开展天文观测研究的大型设备。墨子巡天望远镜通过获取天体高精度位置和多波段亮度观测数据,监测移动天体和光变天体,高效搜寻和监测天文动态事件,可以在高能时域天文、太阳系天体普查、银河系结构和近场宇宙学等研究领域取得突破性原始创新成果。同时,墨子巡天望远镜将面向国家航天强国战略,开展太阳系近地天体等搜寻与监测研究,服务航天安全和深空探测战略需求。

吐哈盆地胜北洼陷中下侏罗统水西沟群天文旋回地层划分

根据自然伽马测井数据,对吐哈盆地胜北洼陷沁探1井中下侏罗统水西沟群开展旋回地层学分析和沉积噪声模拟,并利用识别出的地层中的米兰科维奇旋回信号来研究地球轨道周期对湖平面变化的驱动作用,进而进行天文旋回地层划分。研究结果表明:①吐哈盆地胜北洼陷中下侏罗统水西沟群在自然伽马曲线中可识别出12.8~51.1 m,3.0~11.9 m,1.1~3.6 m和1.3~2.4 m的沉积旋回,比例关系为21.0∶5.0∶1.5∶1.0。根据天文调谐与相关系数估算出水西沟群沉积速率为3.3~11.7 cm·ka-1。②天文调谐后的时间域序列显示水西沟群长偏心率周期为405 ka、短偏心率周期为99~131 ka、斜率周期为32.6~35.0 ka、岁差周期为20.0~24.8 ka,证明吐哈盆地中下侏罗统沉积过程受到米兰科维奇旋回控制。沁探1井八道湾组(未钻穿)、三工河组和西山窑组的持续时间分别为3.0±0.1 Ma,4.1±0.1 Ma和9.0±0.1 Ma。③地球轨道旋回对陆相湖盆的湖平面升降具有明显的驱动作用,沁探1井水西沟群的沉积噪声模拟证明了~1.5 Ma超长周期可控制台北凹陷早—中侏罗世湖平面的变化。

术语英译中学者型译者身份与译者行为关系研究——以《淮南子》两译本中古代天文术语英译为例

2010年《淮南子》两部英译本问世,分别来自美国学者约翰·马绛团队和中国学者翟江月、牟爱鹏。基于“求真—务实”连续统评价模式,本研究对马译本和翟译本中230个天文术语英译的译者行为进行比较分析。研究发现,翻译内两译本均呈现“求真为本,求真兼顾务实”的译者行为倾向,仅马译本有“译外超务实”倾向;学者型译者身份下“学者”和“译者”角色对两译本译者行为的影响程度不同,马译本充分保留“学者”特色,翟译本恪守“译者”本分。本研究考察了相同译者身份下译者行为的异同,进一步揭示了译者角色在翻译内外对译者行为的不同影响。

刘焯的天文物理思想——大地测量与月食解说

刘焯精通儒学,同时在自然科学方面也有很高的造诣。《隋书·刘焯传》记载道:(刘焯)对“《九章算术》《周髀》《七曜历书》十余部,推步日月之经,量度山海之术,莫不核其根本,穷其秘奥。著《稽极》十卷,《历书》十卷,《五经述议》,并行于世”。在他诸多自然科学见解里,建议进行天文大地测量,是其引人注目的贡献之一。一、大地测量设想刘焯的建议跟我国古代宇宙结构理论有关。我国古代的宇宙结构理论经过漫长的发展,到了汉代,形成了截然对立的两种观点:一种叫盖天说,认为天是个圆盖,天在上,地在下,天地等大,都是平的;另一种是浑天说,认为天是个圆球,地是平的,天在外,地在内,天包着地,天大地小。

“面向射电天文的电磁测量、兼容评估与环境保护前沿技术”专题前言

近年来,中国射电天文业务的发展日新月异,多台大中型射电天文望远镜投入运行。其中,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST),是具有我国自主知识产权、世界最灵敏的单口径射电望远镜,其综合性能达到国际领先水平。FAST运行以来,已在脉冲星发现、快速射电暴、星际介质及恒星形成等研究领域取得了重要突破,而电磁兼容、电磁环境评估与保护一直是保障射电天文望远镜正常运行的重要基础,也是学术界持续研究的热点之一。国内高等院校、科研院所投入大量资源开展了较为系统的研究,涌现了一大批优秀科研成果。为了更好地呈现这些成果,《电波科学学报》策划了此次“面向射电天文的电磁测量、兼容评估与环境保护前沿技术”专题。

我国高频射电天文和南极天文的开拓者——中国科学院紫金山天文台南极天文和射电天文研究部巡礼

中国科学院紫金山天文台南极天文和射电天文研究部目前由1个实验室(毫米波和亚毫米波技术实验室),1个野外观测站(青海观测站),1个研究中心(南极天文中心)和5个研究团组(分子云与恒星形成、银河系气体分布与性质、星系宇宙学和暗能量、大视场巡天科学和高能时域天文)组成,同时深度参与南极冰穹A昆仑站天文台、青海冷湖观测基地和雪山牧场观测基地的规划和建设。

【导读】中国现代天文学摇篮

中国科学院紫金山天文台前身是成立于1928年的国立中央研究院天文研究所,1950年更为现名,是我国自主建立的第一个现代天文学研究机构。紫金山天文台的建成标志着中国现代天文学研究的开始,被誉为“中国现代天文学摇篮”。从1913年高鲁先生下决心建造一座中国人自己的现代化天文台,到1934年余青松先生在紫金山上的天堡峰实现高鲁先生的宏愿,再到新中国成立后张钰哲先生站在中国天文事业全局发展的高度制定规划并推动形成了当前中国科学院和部分高校天文研究机构以及部分天文科普教育基地的分布格局,一代又一代紫金山天文台科技工作者严谨求实,勤奋开拓,不辱使命,为我国天文学事业的发展,为国家经济建设和航天事业的腾飞做出了重要的积极贡献。

义务教育阶段天文教育的现状及其建议

天文教育是全面提升学生科学素养不可或缺的内容。为准确厘清我国义务教育阶段的天文教育现状,针对性地设计了调查问卷并在全国范围内展开调查。调查发现:学生获取天文知识方式单一,天文基础设施缺乏,教育资源地区间发展不平衡,半数以上的学生天文知识储备尚未达到《中国公民科学素质基准》;多数学生拥有浓厚的天文兴趣和求知欲,重视天文学习。鉴于此,我们呼吁各级教育及相关部门对天文教育予以关注,要高度重视青少年天文知识匮乏等问题,加强宏观引导,适当增加义务教育阶段天文知识占比,提高教师自身天文科学素养,遵循青少年的认知发展能力,丰富天文教育手段,从而有效提高义务教育阶段天文教育发展水平。

天文旋回约束下东营凹陷中始新统含碳酸盐细粒沉积岩成因分析

【目的】通过对中国东部渤海湾盆地东营凹陷发育的大套具有韵律特征的富含碳酸盐物质和有机质的湖相细粒沉积岩进行深入研究,以期探究其成因机制以及古气候、古环境的变化特征。【方法】基于岩心和薄片观察,依据沉积构造特征和矿物组分含量进行岩相划分。结合沉积环境和沉积速率的差异,将目标层段划分为四个单元,采取Multi-Taper Method(MTM)方法对樊页1井(FY1)沙四上(Esu4)到沙三下(Esl3)亚段的自然伽马(GR)测井曲线进行分段频谱分析。【结果】通过宏观和微观沉积观察,将东营凹陷地区发育的细粒岩划分为纹层状泥质灰岩、纹层状灰质泥岩、弱纹层状灰质泥岩、透镜状泥质灰岩和块状泥岩五种岩相。频谱分析结果显示,四个单元均记录了米兰科维奇旋回信号,包括125 kyr、38.7 kyr和18.7 kyr的周期。基于火山灰测年数据,我们建立了精度为38.7 kyr的“浮动”天文年代标尺,并确定东营凹陷沙四上到沙三下细粒岩沉积的总持续时间为5.3 Myr。进一步分析发现,18.7 kyr岁差旋回与碳酸盐岩含量变化之间存在良好的对应关系,表明地球轨道参数对含碳酸盐细粒沉积岩的沉积作用具有显著影响。【结论】本研究利用旋回地层学理论,从天文周期控制沉积作用的角度,揭示了湖泊沉积的古气候、古环境变化特征。通过分析,我们发现地球轨道参数(特别是18.7 kyr岁差旋回和125 kyr偏心率旋回)共同驱动了气候的变化,进而控制了含碳酸盐细粒沉积岩的沉积作用。具体表现为,在岁差极大值点或偏心率极小值处,日照量增多,湖盆水体温度升高,有利于方解石结晶和灰岩沉积;而在岁差极小值或偏心率极大值处,日照量减少,湖盆水体温度降低,细粒物质主要来自陆源输入,以泥岩沉积为主。这一研究成果对于非常规油气勘探开发具有重要的科学和指导意义。

开启了中国的空间科学新时代——中国科学院紫金山天文台暗物质和空间天文研究部巡礼

中国科学院紫金山天文台暗物质和空间天文研究部面向现代天文学及宇宙物理学的重大科学前沿,通过发展先进天文探测器技术并研发空间天文观测设施,致力于解决暗物质粒子的本质、太阳日冕物质加热、超铁元素起源、宇宙线起源、宇宙中丢失的重子物质、中子星物态方程等重大的基础性科学问题。

月基紫外-光学-红外天文观测站点选取方法研究

月面独特的位置和环境优势,为天文观测提供了难得的机会。目前包括中国、美国、欧洲航天局、俄罗斯、日本、印度等在内的多个国家和机构都在大力开展月球探测。对于开展多种科学研究的月球探测计划,站点的选取需综合考虑各项科学的需求。本文主要介绍开展月基紫外-光学-红外天文观测对观测站点的需求,并针对该需求提出了评估某个候选站址是否满足天文观测需求的定量化分析方法。该方法适用于全月面范围内任意指定点的选址分析,将为规划中的国际月球科研站等月球探测计划的建设提供参考和支撑。