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%。

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%。

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.

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.

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

南极光学天文望远镜控制软件关键技术

南极天文望远镜控制软件是望远镜软件系统的重要组成部分,是控制计算机在望远镜用户层和设备层之间运行的关键技术。对于用户层,控制软件需具备全自动观测的交互接口、卫星通信条件下的远程访问和故障诊断等功能;对于设备层,控制软件不但要完成对天体目标的精确指向和精密跟踪、计算并补偿系统误差和控制关键部件以达到目标像质,而且需实现对电源分配系统、除霜及加热系统的控制、设备及环境信息的采集和监测等。相比于普通台址,在南极大陆运行的光学天文望远镜有其独特的特点,控制软件需进行特殊设计。本文重点从操作系统选择、远程建立望远镜指向误差修正模型方法、全自动观测软件接口、卫星通信及远程运维、望远镜实时状态监测和故障诊断等方面探讨了南极天文光学望远镜控制软件的关键技术和设计原则,并展望未来技术的发展,为南极天文望远镜的研制和控制系统研发提供技术储备。

古生代陆相盆地中的17万年天文周期

【目的】米兰科维奇周期通过调控地球天文轨道参数来影响地球气候系统和有机碳埋藏。除通过线性过程调控气候系统的常规周期外,还存在通过一系列“非线性”正负反馈进程调控气候系统的“非常规”天文周期,如17万年斜率振幅调制周期。先前研究已证明17万年天文周期对中新生代地球中高纬度有机碳埋藏具有调控作用,然而由于缺乏准确的天文解和高分辨率的地质记录,17万年信号在古生代鲜有报道。【方法】对准噶尔盆地早二叠世芦草沟组的总有机碳含量和自然伽马测井数据进行旋回地层学分析,认为芦草沟组保存了短偏心率、斜率、岁差周期信号。【结果】根据短偏心率周期进行了天文调谐,结果显示芦草沟组沉积持续时间约为2.8 Myr,沉积速率估算为9.1 cm/kyr。除常规周期外,17万年周期信号也在去趋势数据序列和斜率振幅调制曲线中被发现。【结论】对古生代陆相地层中的17万年天文周期进行系统探讨,基于强烈的斜率信号,推测该17万年周期信号来源于斜率振幅调制周期s3-s6。它通过调控早二叠世地球中高纬度水循环过程影响有机碳埋藏,而沉积盆地中的阈值响应效应将高频的斜率周期中的较低频17万年振幅调制周期放大,并出现在地质记录中。

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。

空间天文紫外偏振探测技术研究进展

新型空间天文探测技术在科学进步和国家发展方面起着至关重要的作用。其高精度的观测提供了独特的机遇,深化了人们对宇宙的理解,同时推动了天体物理学和宇宙学的前沿研究。这些探测不仅为理论模型的验证与发展提供了不可或缺的数据,还在基础物理学领域催生了新理论。在国家层面,拥有先进的空间天文探测技术不仅凸显了国家在科研领域的实力,同时为培养高水平的科研人才提供了重要平台,有助于国家在全球科研舞台上赢得竞争优势。因此,对新型空间天文探测技术的研究和发展显得十分紧迫。天文紫外偏振作为一种创新的空间天文探测手段,相较于传统探测手段,紫外偏振测量技术能够提供多维度的观测数据,进而实现全方位的宇宙感知能力,具备巨大地应用潜力。鉴于目前尚未有关于空间天文紫外偏振探测的系统性综述报告和文章,因此,文中从紫外偏振科学研究的角度出发,总结已有的紫外偏振载荷,挖掘这一领域技术发展的思路和途径,最后对该技术未来发展方向进行展望与总结,为我国在该领域的未来研究提供有益参考。

天文/惯性组合系统中重力扰动补偿方法

针对重力扰动引起惯性水平基准姿态测量误差进而导致天文/惯性组合导航系统定位精度下降的问题,提出天文/惯性组合系统中的重力扰动补偿方法。首先,基于导航误差模型分析了影响天文/惯性组合导航系统定位精度的主要因素。其次,推导了重力扰动、惯性水平基准姿态测量误差与天文导航定位误差之间的传播机理。然后,研究了重力扰动建模与修正方法,并将重力扰动补偿方法应用于惯性水平基准的导航解算回路中,实现重力扰动的有效补偿。跑车试验结果表明,所提重力扰动补偿方法可以将天文/惯性组合导航系统中定位误差的振荡幅值由1.6 n mile降低至0.5 n mile。

青藏高原光学台址勘选——冷湖:一个可以承载我国光学天文未来发展的台址

2000年初开始,中国天文界就开展了在境内泛青藏高原地区光学天文台址战略性的普选工作。2016年,针对十三五计划的大科学工程项目在前期工作的基础上进行了定点监测。虽然没有被列为候选台址,但冷湖地区的光学台址勘选由此驱动。自2018年起,对冷湖台址进行了连续的定点监测,获得了视宁度极限条件下台址质量参数的连续监测数据。资料显示,冷湖赛什腾山台址质量优越,可以满足国内各研究机构新建大型光学设备的需求。同时,青藏高原地区的地理位置,填补了国际优质台址在地理经度分布上的巨大空白,为中国开展时域科学问题研究和开展国际合作迎来了重大机遇。依据冷湖选址和建设的实际结果,总结了冷湖台址勘选的经验和主要科学结果,并介绍了在冷湖已经投运和签约入驻的光学望远镜项目。