冷湖赛什腾山天文台址RFI测量

冷湖地区因干旱少雨、晴天数多、云量覆盖少等特点,引起了天文学家的高度关注。2018年开始在冷湖赛什腾山开展光学视宁度测量,几年测量结果表明赛什腾山光学台址特性可比肩世界著名光学台址。为进一步了解赛什腾天文台址的电磁环境特性,开展了无人值守无线电干扰RFI(Radio Frequency Interference)测量设备的研制以及在赛什腾山天文台址的电磁环境监测。文章主要介绍基于研制的0.1~18 GHz频段RFI测量系统,在冷湖赛什腾山天文台址规划D点(海拔4055 m)开展为期超过一年的RFI测量,以及测量结果的评估。

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。

冷湖周边亚毫米波天文台址遴选踏勘进展

优质的亚毫米波天文台址可有效提升亚毫米波天文望远镜的观测性能。由于受地球大气水汽吸收强烈影响,亚毫米波天文台需具备高海拔、低温、低大气水汽含量等台址条件。依据卫星气象再分析数据,以及海西州冷湖周边高海拔的地势条件和干旱、寒冷气候条件,在青海省遴选出三个亚毫米波天文候选台址。文章主要介绍亚毫米波天文台址条件需求、台址遴选和踏勘以及现场考察结果。

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。

“天文大科学装置冷湖台址监测与先导科学研究”重大专项实施进展

天文学是孕育重大原创发现的前沿科学,也是推动科技进步和创新的战略制高点。作为一门以观测为基础的自然科学,地基光学/红外和射电观测依然是现阶段天文学研究的主要手段之一。我国现代天文学经过百年发展,取得了许多重要进展。然而我国天文观测研究一方面缺乏大口径的光学/红外、亚毫米波毫米波望远镜,另一方面过去的天文台址大多分布在人口稠密、低海拔、潮湿多雨的地区,台址质量很难达到运行大科学装置的国际一流天文台址的要求,严重制约了我国天文学发展。青海省位处青藏高原北部,海拔高、气候干燥、光污染低,极可能有理想的天文观测台址。2017年,青海省海西州人民政府和中国科学院国家天文台、中国科学院紫金山天文台、西华师范大学共同合作开展青海冷湖地区的光学天文选址工作。为满足中长期中国天文大科学装置布局的需求,促进天文大科学装置落地青海,青海省科技厅在2019年4月与中国科学院紫金山天文台、国家天文台签订合作协议,同年6月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”。在青海省政府的大力支持下,重大专项顺利推进。本文将介绍重大科技专项在冷湖及周边地区光学台址监测、射电多波段台址遴选与监测、天文台址大气与地理地质环境监测与综合分析、时域天文先导科学研究等四个方面取得的进展。根据重大专项执行至今的结果显示,冷湖赛什腾山具有与世界一流光学天文台址媲美的台址条件,雪山牧场在观测季具有与当前国际最佳亚毫米波台址相当的可沉降水汽含量,初步表明青海省具备天文大科学装置落户的台址支撑条件,在天文学等相关研究领域具有巨大的发展潜力。

高海拔1.2 m望远镜的瓦级皮秒激光空间目标测距研究

高精度的空间碎片测量,可以提供更精确的碎片目标实时信息,增强卫星对空间碎片的规避预警实效性。通过对青海口径1.2 m量子通信望远镜(海拔3200 m)进行改造,采用单脉冲能量1.2 mJ、重复频率1 kHz皮秒激光开展了卫星激光测距(SLR)与空间碎片激光测距(DLR)试验,其中合作卫星的探测范围由低轨扩展至同步轨道,测距精度优于2 cm;空间碎片目标测量最远距离1620.5 km,雷达散射截面积(RCS)为2.41 m^(2),测距精度达到10.64 cm,实现了单套激光器系统既可开展合作目标厘米级高精度测距,又可实现空间碎片观测。这是目前为止国际首次采用高重频低功率激光测距系统实现对空间碎片目标高精度测量,体现了皮秒激光及高海拔大口径望远镜测量优势,为我国西部开展空间目标的激光测距提供参考,以及为空间碎片激光测距系统选址与空间碎片监视能力的提升提供了有效途径。

行星状星云的CO(1-0)谱线观测

用紫金山天文台青海站的１３７ｍ射电望远镜，对１０个行星状星云给出了新的ＣＯ（１－０）谱线观测结果．其中４个行星状星云：ＮＧＣ６４４５，Ｍ１５９，Ｍ４９和Ｍ２５１，已有过ＣＯ（２１）的观测，本文第一次给出了它们的ＣＯ（１０）的测量结果；对２个别人曾经观测过但未测到ＣＯ的行星状星云：Ｓｈ２７１和Ｍ４１８，本文第一次证认了它们的ＣＯ发射；对４个别人从未进行过ＣＯ搜寻的行星状星云：ＶＶ１８，Ｍ２５２，Ｈｅ２４５９和Ｋ３３１，本文第一次进行了观测，并得到了它们的ＣＯ（１０）谱．由ＣＯ的发射谱征可见。

W31分子云C^(18)O(J=1-0)的新观测

利用紫金山天文台青海站的13.7 m射电望远镜首次对W31分子云西北部区域中不同速度成份的分子云进行了C18O(J=1-0)的成图观测与研究,观测范围为16’×25’,观测波束间隔为1’.对不同视向速度的分子云分开进行处理,在成图范围内新观测到3个C18O分子云团块,发现它们均属于较年轻的稳定分子云.根据谱线辐射温度(TR*)和半宽(△V),利用LTE方法计算了每个被测团块的物理参数,讨论了该区域的团块分布、HIl区、脉泽源与恒星形成的关系.

大质量年轻星体新的C^(18)O(1-0)发射

利用紫金山天文台青海观测站１３．７米的毫米波望远镜对７４个大质量年轻星体或候选体进行了 Ｃ～（１８）Ｏ（１－０）的谱线观测．在６３个源中观测到了Ｃ～（１８）Ｏ（１－０）发射，其中 ５７个天体第一次探测到Ｃ～（１８）Ｏ（１－０）谱线发射．艰据谱线辐射温度（ＴＲ＊）和半宽（△Ｖ），利用ＬＴＥ方法计算了每个测量源的 Ｃ～（１８）Ｏ（１－０）发射的光学厚度和 Ｃ～（１８）Ｏ分子的柱密度，讨论了１３ＣＯ（１－０）和Ｃ～（１８）Ｏ（１－０）的谱线强度比和积分强度比．

NGC 1333/IRAS6-9区域中的致密分子云核

利用紫金山天文台青海站的13．7m毫米波望远镜，对NGC1333／IRAS6－9附近的一个10．3'X10'和6．8'X8'的恒星形成区，进行了13CO（1－0）和C18O（1－0）的成图观测，发现了多个新的分子云核和沿SSV12－IRASS方向的13CO（1－O）双极外向流．本文给出了每个云核的观测特性和物理参数．分析了这一区域的云核分布和速度场结构．详细讨论了该区域的云核分布、双极外向流和群集的年轻天体、红外源以及HH天体的关系．

不同类别分子区域中的CO辐射巡测

用紫金山天文台青海观测站13．7米毫米波望远镜新安装的3毫米系统，对一组包括大质量恒星形成区、稠密云核、Bok球、主序前发射线星和演化晚期恒星的源进行了12COJ＝1－0的辐射搜寻．结果在不同质量恒星形成区域全部测到了12CO辐射，并发现了大的线宽、红和蓝的线翼、线心速度变化及多重辐射的特征，表明相应源可能具有双极喷流，存在膨胀、旋转或多核斑结构．有两个演化晚期星中已观测到了12COJ＝1－0谱线，说明其具有较浓厚的拱星气体包层．

大质量分子云核的CO同位素搜寻

使用紫金山天文台 １３．７ ｍ望远镜上新安装的 ＳＩＳ系统，对 ６４个高色指数 ＩＲＡＳ源和水脉泽源进行了 ＣＯ同位素１３ＣＯ和 Ｃ１８Ｏ Ｊ＝ １－０的搜寻，并对部分源作了成图观测．结果在 ６４个源中全部测到了这一谱线对，而１３ＣＯ的辐射一般较强，说明与稠密分子区成协，其中约６０个源为首次作ＣＯ同位素谱线对巡测．用高斯拟会导出了天线温度、线心速度和谱线全半宽．对辐射强度、话线特征进行了初步分析．

基于数字摄影测量技术的13.7m毫米波天线面形检测

将工业数字摄影测量技术首次应用于13.7 m毫米波射电望远镜天线的面形精度检测中.为克服现场条件的限制,在测量中使用环形轨道输送相机,采用无线传输的方式进行现场摄影.采用回光材料制作人工的标志,利用编码标志完成摄站的自动定向和同名点匹配,用光束法平差的方法解算点的3D坐标.利用CAD面形转换法和自由拟合法计算面形偏差,最终480个调整点的面形CAD拟合后的偏差调整到了0.083 mm.验证了摄影测量在射电天文天线测量中的可行性和优越性.

银河系旋臂结构

人类的视野已经从地月系、太阳系深入到银河系甚至整个宇宙，银河系是目前唯一可以用来详细研究的星系。尽管我们身处银河一隅，却对自己的家园知之甚少，特别是作为旋涡星系标志性特征——旋臂仍然知之更是甚少。自200多年前赫歇尔第一次提出银河系大小、形状和结构开始，许多知名的天文学家，如沙普利、伊斯顿、哈勃、林德布拉德等根据非常有限的观测数据，提出了各种银河系结构模型，但银河系的准确面貌是什么至今仍是一个未解之谜，它可能是天文学和天体物理学中延续时间最长的重大研究问题之一。

德令哈毫米波望远镜本振谐波干扰问题

射电天文中,射频干扰问题多样而复杂,面对不同的射频干扰问题,针对不同的干扰机制,采取针对性的方法。从器件阶段消减射频干扰,可以预防射频干扰进入望远镜内部。介绍了德令哈毫米波望远镜9波束边带分离型超导接收机,1个本振链路系统分配18路本振信号方案,针对本振链路中信号发生器的谐波信号引起的中频窄带干扰,设计了注入模拟谐波信号的测试方案,确认了干扰产生机制并得出谐波信号频率与干扰信号频率和功率的对应关系,分析并验证了谐波干扰的传输路径。为了消减谐波干扰,利用YIG滤波器可变频段的带通特性,在本振链路上滤除谐波信号,防止谐波信号耦合到接收机系统,完成了谐波干扰的消减。

德令哈13.7米望远镜实时数字FFT频谱仪

射电天文频谱仪作为接收机后端的频谱分析设备,实时性和噪声低等要求与商业通用频谱仪有很大区别。射电天文频谱仪经过几代发展为以模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等芯片为基础的实时数字频谱仪。实时数字频谱仪具有宽带宽、高频率分辨率、高动态范围和长时间稳定性等优势,更重要的是具有体积小、环境要求宽松等特点。德令哈13.7 m望远镜接收机后端有18路实时数字快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)频谱仪。介绍13.7 m望远镜的实时数字快速傅里叶变换频谱仪的性能和维护,为其他长时间运行的快速傅里叶变换频谱仪的维护提供经验参考,为下一代实时数字快速傅里叶变换频谱仪的发展提供了部分改进方向。

恒星形成时期强远红外源中的22GHz水脉发射与CO分子外向流关系的研究

为揭示大质量星形成及早期演化中的一些重要特征，根据ＩＲＡＳ的流量，选择了一批Ｆ１００μ≥５００Ｊｙ的强远红外源，它们大多是处于恒星形成或早期演化阶段中的大质量的年轻天体，利用紫金山天文台青海观测站１３．７米射电望远镜，对它们分批进行了２２ＧＨｚ水脉泽的搜寻，得到了１１个新的水脉泽源．使用这些新的观测数据和ＩＲＡＳ资料，并结合外台站的水脉泽和ＣＯ分子外向流资料，对这类源进行了统计研究，结果表明：１．ＣＯ外向流的机械光度ＬｍＣＯ与远红外的积分光度ＬＦＩＲ相关，与１２─６０μ间的红外谱斜率Ｓ（＝Ｌｏｇ１０（Ｆ６０μ／Ｆ１２μ））反相关．２．Ｈ２Ｏ脉泽发射的积分光度ＬＨ２０与ＬＦＩＲ明显相关，与Ｓ无明显相关性．３．在ＬｍＣＯ一定时，相应的ＬＨ２Ｏ有一个下限，最强的外向流活动对应最强的Ｈ２Ｏ脉泽发射．４ＣＯ外向流及Ｈ２Ｏ脉泽的探测率均随远红外积分流量而增大．５．ＣＯ外向流的谱斜率趋于Ｓ偏小的区域，而Ｈ２Ｏ脉泽的谱斜率则分布在大的Ｓ范围，且较弥散．６．总样本中Ｈ２Ｏ脉泽的发生率大于ＣＯ外流的发生率；而在ＣＯ外向流中则Ｈ２Ｏ脉泽的探测率大于Ｈ２Ｏ脉泽中ＣＯ外向流的探测率．综合以上结果说明：大质量星和低质量星在形成过程中有?

大质量年轻星体附近的高速分子外向流

对IRAS0 5 391 - 0 2 1 7,0 6 1 1 4+ 1 745和 0 6 2 0 9+ 0 42 1的12 COJ =1～ 0成图观测表明 ,3个源中均存在高速分子双极外向流 ,而且这些外向流都比较强 ,能量高达 1 0 45 × 1 0 -7J·s-1,质量流失率达 1 0 -5 M⊙/a .从成协红外源的位置、热辐射强度、能谱分布及色温度证认出它们很可能由一个源驱动 ,且驱动源为大质量年轻星体 . 3个源都具有H2 O脉泽与CO外向流中心区域或高速叶极大位置成协 ,可能与外向流有相关的激发机制 .外向流与中心源参量间的关系表明 ,高速分子外向流与星体热辐射是年轻星体演化中彼此相关但无驱动关系的两个基本特征 .

大质量分子云核的^(13)CO成图研究

用中国科学院紫金山天文台青海观测站 1 3.7m望远镜上新安装的SIS接受系统 ,对S2 41 ,S39和ON3进行了13 COJ =1～ 0的成图观测 ,并作了C18OJ =1～ 0的单点观测 ,结果表明这 3个源都有大质量核 ,尺度在约 2～ 5pc ,质量可达约 1 0 3 ～1 0 4M⊙ 量级 ,而且 3个源中都搜寻到了高速特征 .ON3中的VLSR系统分布表明它的核是旋转的 . 3个云核中都含有深埋的形成中的大质量恒星 ,在S2 41和ON3中年轻星体正在离开诞生地运动 .

超致密电离氢区周围的CO高速气体

给出了与星际水脉泽源和超致密电离氢区成协的77个恒星形成区的高速12CO(J=1-0)分子辐射的搜寻结果.目的是调查高速分子外流、星际H2O脉泽源和它们所联系的红外源之间的关系.样本满足WC标准,即:lg(F25μm/F12μm)>0.57和lg(F60μm/F12μm)>1.3.绝大多数源都存在着气体的高速运动,在1σTa*水平处,几乎70%的源的谱线全宽(FW)超过15km·s-1,15%的源则超过了30km·s-1.这个结果极大地超过了小质量恒星形成区所得到的值.在CO分子的FW,半峰全宽(FWHM)和源的红外光度之间存在清楚的相关性,两种线宽的值正比于红外光度的值.这些关系表明了亮源能够注入更多的能量进入它周围物质中从而产生更强有力的外流使得CO分子的线宽增大.从CO分子和水脉泽的峰值速度的对应关系中发现一些水脉泽源相对于其附近的气体呈现出大的蓝移,这也许是由非饱和脉泽放大了背景源引起的.