利用南京大学时域天文台(TiDO)开展系外行星探测研究

系外行星探测近年来发展迅速,已成为天文学的热点领域。系外行星探测对行星形成和演化等理论研究具有重要的意义。利用地面大视场望远镜的长时间基线优势,可以开展系外行星的发现或认证工作。南京大学时域天文台(Time Domain Observatory,TiDO)是一批大视场、高精度的系外行星观测设备,包括6个望远镜及终端,放置在冷湖赛什腾山,将于2023年底完成建设并开展科学试运行。届时Ti DO拟开展系外行星大天区巡天搜寻、特定行星系统的凌星后随观测以精细刻画系外行星系统的物理和动力学特征,以及太阳系小天体观测工作。此外,TiDO的观测数据也可以用于双星、变星、恒星耀发等时域天文研究。

天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究——时域天文先导科学研究进展

时域天文近年来发展迅速,已成为天文学和相关物理研究的重大突破方向,而时域天文的发展需要高性能的时域天文观测设备,以及能发挥设备观测能力的优质天文台址。2019年6月,青海省科技厅启动了重大科技专项“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”,专项针对青海冷湖优良的天文观测条件及未来将落户冷湖的大型天文观测设备的观测能力,利用现有的天文观测设施开展了一系列时域天文先导科学研究。研究内容包括光学时域天文的观测研究,如光学时域天文的观测策略和基于深度学习的暂现源数据处理系统搭建,并利用姚安光电阵列CHES和南极巡天望远镜AST3-Ⅲ等设备进行时域天文观测。先导研究还包括围绕大视场巡天望远镜WFST开展的一系列前期研究,如WFST暂现源观测管线系统和数据处理系统的搭建,WFST对暂现源观测的预研,利用WFST开展星系形成和演化的预研,以及中子星、黑洞、引力波等的理论预研等。

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。

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。

程控自主天文台网络的发展

网络技术的不断发展和望远镜远程控制技术的成熟让无人值守的程控自主天文台成为可能。把多个独立运行的程控自主天文台通过网络连接起来协同工作,就是程控自主天文台网络。程控自主天文台和概要式巡天在共同开启时域天文学并进而推动天文学跨越式发展的同时,也给研究方式和技术应用带来全新的挑战。回顾程控自主天文台网络的发展轨迹,总结实现的基本思路和逻辑结构,介绍科学应用,探讨随之而来的挑战,尝试分析在天文学上的发展前景和国内的发展战略。

远程天文台电源集成控制与监控模块的设计与实现

随着多波段时域天文学的快速发展,远程天文台逐渐显露优势,成为时域天文学研究的重要工具。然而,国内还没有自主、成熟、稳定的系统可以应用到远程天文台的建设中,为此,中国虚拟天文台团队提出并设计了一套硬件集成系统,以便于集成控制和扩展移植。电源模块是其中重要的组成部分,实现电源的集成控制将极大地提升整个系统的稳定性。设计了一个闭环的电源集成控制模块,通过嵌入式技术实现了天文台各设备电源的集成控制、平顶的开关控制以及各个设备状态的监测,并提供多种控制模式。通过发送随机网络指令对该模块进行了24小时的连续测试,并测试了网络中断情况下短消息的控制。通过发送与监测数据的对比,结果表明,系统具有良好的稳定性。

中国虚拟天文台的核心功能需求调查分析

经过十余年的不断建设和发展,中国虚拟天文台(China-VO)已成为支撑天文学观测、研究、教学的重要技术和资源平台。随着多信使天文学和时域天文学时代的到来,虚拟天文台也需要升级自身的核心能力,给天文工作者提供更精准的服务和技术支撑。为此,中国虚拟天文台团队结合天文学的发展方向和信息技术发展趋势梳理了一份核心技术需求清单,并以问卷的形式针对领域内专家和用户开展了调研。通过对调研结果的统计分析,中国虚拟天文台团队明确了未来一段时期的主要努力方向和目标,计划采用平台化开发模式,并开放第三方开发接口,以吸引更多感兴趣的开发者基于虚拟天文台资源做出实用的工具,更好地实现资源与技术向服务的快速转换。

凝望宇宙、见微知著——司天工程介绍

当今天文学已经从刻画静态宇宙发展到认识动态宇宙。对宇宙空间中任何时间变化加以研究的时域天文学,将揭示各类天体的变化,发现和探索新天体、新现象并开拓新的理论空间,已成为天文和天体物理界最活跃和最具突破性的前沿领域之一。高效搜寻和监测天体动态事件需要大视场、多波段和高频次的时域巡天,高性能观测设备与能充分发挥设备观测能力的优质天文台址缺一不可。司天工程是我国天文学家面向时域天文学所提出的“十五五”天文重大基础设施,一期计划在国内多个优选观测台址布置54台(18组)口径1米级的大视场望远镜,组成多波段同时监测网络,每30分钟完成1万平方度天区的高精度三色“凝视”巡天。司天的采样频率比全球其他巡天项目高近两个量级,将突破目前探测时标的限制,在新的空域和时域下发现大批新天体、新现象,在宇宙极端高能爆发源、引力波电磁对应体、系外行星和太阳系天体等理论和观测研究中形成新的突破,在“两暗一黑三起源”等重大科学问题研究以及地球文明灾难预警等国家空间安全问题方面发挥重要作用。

射电宁静的活动星系核的光变研究进展

一部分星系的核区存在剧烈的非恒星活动起源的多波段电磁辐射,这类星系被称为活动星系,其核心称为活动星系核.一般认为,超大质量黑洞(其质量是数百万倍乃至数百亿倍太阳质量)通过其强大的引力吸积周围气体形成的吸积盘是活动星系核的中心引擎.理解这一物理过程和测量超大质量黑洞的物理参数,对认识强引力场下的磁流体物理、超大质量黑洞的宇宙增长历史和活动星系核的反馈以及宇宙大尺度结构形成有重要的意义.多波段连续谱的光变(即光度随时间的变化行为)是活动星系核的鲜明特征,可以被用来从时域的角度测量宇宙学距离上的活动星系核的中心引擎的结构、尺寸和超大质量黑洞的质量以及自旋.本文介绍了活动星系核光变行为的基本概念,概述利用光变研究活动星系核物理过程和测量超大质量黑洞质量等方面的主要进展,并对活动星系核的光变研究领域进行展望.

2.5 m大视场高分辨率望远镜

为了显著提升我国太阳物理研究水平、满足国家对空间天气监测和预报的重大战略需求,同时兼顾夜间时域天文学观测的需要,我们建议研制一架2.5 m大视场高分辨率望远镜(WeHiT).它将是世界上首架既做白天高分辨率太阳观测又做夜间大视场巡天观测、具有重大创新设计的特殊望远镜.它的科学目标覆盖了太阳物理、时域天文学、星系物理和太阳系外行星物理等天文领域的前沿热门课题,可为我国、特别是高校的天文学家提供一流的观测资料.特别是,作为全世界最大的轴对称太阳望远镜,具有比所有大型太阳望远镜更大的视场,可提供前所未有的太阳活动区高分辨率资料,在太阳活动区和太阳爆发现象(特别是耀斑和日冕物质抛射)的研究中有望取得突破性成果,并为我国空间天气学研究提供宝贵资料;作为中国时区的大口径、大视场望远镜,对于持续严密监控超新星、伽玛暴和大质量双黑洞等时变天文现象十分重要,将填补国际上的空白,提供在中国时区的第一手观测资料;同时在窄波段星系巡天、临近星系研究及系外行星搜索等许多领域提供宝贵的高质量资料.

爱因斯坦探针：探索变幻多姿的X射线宇宙

爱因斯坦探针(Einstein Probe,EP)是一颗面向时域天文学的、发现型的X射线天文探测卫星,是中国科学院空间科学战略性先导专项十三五规划的空间科学卫星系列任务之一.展望未来十年,时域天文学将进入一个前所未有的、多波段和多信使的大视场监测的黄金时代.在软X射线窗口,灵敏且快速的全天监测为我们提供了一个难得的科学机遇.EP卫星将在这一能段窗口开展时域巡天监测,旨在发现和探索宇宙中的X射线暂现源和爆发天体,并发布预警以引导其他天文设备进行后随跟踪观测.EP的科学载荷包括一台宽视场软X射线监视器(3600平方度,0.5–4 keV)和一台后随观测X射线望远镜(0.3–8 keV).卫星具有快速机动反应能力以及暂现源警报的快速下传功能.由于采用了新颖的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术,其探测灵敏度和空间分辨率比目前在轨运行设备提高了1个数量级,将能监测更远、更大的宇宙空间范围.预期EP将在以下三方面做出贡献:高能暂现天体的系统性巡天监测,发现隐身的沉寂黑洞并测绘宇宙黑洞的分布、研究其形成演化和物质吸积过程,搜寻来自引力波事件的X射线信号并精确定位等.此外,EP的探测目标还将包括从中子星、白矮星、超新星、宇宙早期伽玛暴、X射线闪到恒星耀发等众多的天体和现象,涉及广泛的天体物理学分支.卫星计划于2022年底左右发射.运行寿命为3年,目标5年.

黑洞潮汐撕裂恒星事件及其回响

超大质量黑洞普遍存在于星系中心,当星系中一颗恒星运动足够靠近黑洞时,会被黑洞的潮汐力撕裂瓦解,产生一个主要能量在软X射线到紫外的耀发事件,称为恒星潮汐撕裂事件（TDE）。作为黑洞特殊的爆发性吸积事件,TDE正成为蓬勃发展的时域天文的主要研究目标之一。虽然TDE很罕见,但它蕴含的巨大科学价值逐渐引起了人们的兴趣和关注,有助于理解黑洞吸积相关的物理。除此之外,TDE照射在黑洞周围星际介质上还会产生气体和尘埃的回响信号,不仅为探测星系核区的星际介质环境提供了有效手段,还揭示了一种全新的探测TDE的途径,尤其是被尘埃遮蔽的源。作者基于此做出了一系列开创性的前沿研究。