基于智能优化算法的小天体初轨确定

经典的初轨确定方法包括Laplace方法和Gauss方法以及它们的各种变化形式.除这些经典方法之外,基于当今光学观测数据的特点,学者们也陆续提出了一些其他的初轨确定方法,包括双r(目标距离观测者的距离)方法和可行域方法.双r方法的一种实现方式是通过猜测某两个时刻(通常是定轨弧段的首、末时刻)目标离观测者的距离,结合观测者在空间中的位置矢量,即可求解相应的Lambert弧段作为目标轨道的初始猜测.进一步,以其他观测时刻的RMS(Root Mean Square)为优化变量可以改进初始猜测从而确定初轨.可行域方法则是针对一组初始观测参数(包括赤经、赤纬及其变率),根据一些初始假设将目标(离观测者的)距离及其变率约束在可行域内,并通过三角划分逐步逼近的方式寻找到使观测RMS最小的猜测解.针对一系列模拟观测数据以及实测数据,将智能优化算法(粒子群算法)应用于这两种初轨方法,并将结果与改进的Laplace算法的结果进行比较.由于双r方法不仅可以用于短弧定轨还可用于长弧关联,所以进一步给出了针对长弧段数据的关联结果.

2000年以来国际天文学联合会(IAU)关于基本天文学的决议及其应用

1991年以来,在国际天文学联合会(IAU)全体大会上,通过了一系列关于天文参考系、时间尺度和地球自转模型的决议,其目的是为了适应不断提高的天文观测精度。其中最重要的3次,分别是在1997年的京都,2000年的曼彻斯特和2006年的布拉格通过的IAU 1997,IAU 2000和IAU 2006决议,主要的变化包括:从与历元有关的动力学参考系到与历元无关的运动学参考系,从参考系的恒星实现到河外射电源实现,从春分点到无旋转原点,以及岁差-章动模型的改进。由于这些决议在参考系转换等方面引入了很多新概念和新方法,对教学、研究和应用都产生了不小的影响,对它们进行解读,澄清概念,规范使用是有必要的。首先介绍IAU关于时间尺度和天文参考系的重要决议,并重点介绍IAU 2000和2006的每一条决议:然后详细介绍其应用:包括时间系统,国际天球参考系和岁差-章动模型,并和对应的旧系统进行比较;最后对这些决议的使用提出建议。

太阳低层大气内小尺度活动——埃勒曼炸弹和微耀斑的物理特性和理论解释

随着观测的时间分辨率和空间分辨率的提高,近年来已发现和仔细研究了很多小尺度的太阳活动现象。它们的物理过程同复杂激烈的爆发现象有许多共同之处,因而可以为研究有复杂结构的激烈爆发现象(如耀斑和日冕物质抛射等)提供重要线索;同时,它们对太阳大气的加热可能有重要贡献,因而对理解太阳大气的加热机制有重要意义。太阳小尺度活动现象可以发生在太阳大气的不同高度,具有不同的物理特性。主要综述对太阳低层大气(光球和色球)中埃勒曼炸弹和微耀斑等小尺度活动现象的研究进展,包括它们的形态、大小、寿命、光谱、磁场和速度场、大气半经验模型和能量估计等,还介绍了已提出的各种模型和理论解释,特别是磁重联的模型。对今后的研究重点也进行了讨论。

太阳和太阳系等离子体研究专辑:序言

宇宙中超过99.9%的可见物质处于等离子体状态,等离子天体物理是天体物理的重要分支,为理解天体系统的形成、演化及爆发现象提供着重要的理论基础.专辑通过14篇文章系统介绍了中国科学院紫金山天文台等离子天体物理团队在太阳和太阳系等离子体方面的研究成果,希望能帮助读者全面了解太阳与日球等离子体物理研究的重要进展及存在的问题.

太阳大气中的莫尔顿波与极紫外波

作为空间天气扰动的源头,太阳爆发活动会在太阳大气中产生各种波动现象,这些波动不但传递着大量的能量,也携带了传播路径上磁场和等离子体的信息,因此对于太阳大气中波动现象的研究非常重要.在这些波动现象中,非常引人入胜的大尺度波动现象是太阳大气色球(紧靠太阳表面)中的莫尔顿波和日冕中的极紫外波.莫尔顿波主要表现为Hα线心和蓝翼图像中的增亮波前以及Hα红翼图像中的暗黑波前,速度在500~2000 km/s左右,极紫外波则表现为在极紫外图像中观测到增亮波前,速度从10 km/s到逾2000 km/s.莫尔顿波的产生机制方面的模型相对比较成熟,而极紫外波的产生机制、极紫外波与莫尔顿波之间的关系则一直是有趣而充满争议的话题.本文对莫尔顿波和极紫外波的研究进行综述,详细介绍莫尔顿波的发现、莫尔顿波早期的经典模型以及近年的进展、极紫外波的发现、极紫外波的各种观测特征以及极紫外波的众多理论模型.最后对莫尔顿波和极紫外波的研究进行展望,指出研究这些波动现象的意义.

第三代国际天球参考架

第三代国际天球参考架(the 3rd realization of the International Celestial Reference Frame,ICRF3)于2019年1月1日起,代替其前代参考架第二代国际天球参考架(the 2nd realization of the International Celestial Reference Frame,ICRF2)成为最新的国际天球参考架,与国际天球参考系(the International Celestial Reference System,ICRS)在ICRF2的误差范围内指向一致。ICRF3发表后,在诸多领域中都发挥着至关重要的作用。ICRF3的新特点也给其数据的使用带来了影响。详细介绍ICRF3的基本性质,并对ICRF3的使用方法进行说明,还将ICRF3内部三个波段参考架,以及ICRF3与Gaia-CRF3进行了比较,检验了ICRF3参考架的稳定性,讨论了其中可能存在的系统误差。

关于我国未来天文大设备的一点战略思考

本文回顾了近年来国际上天文大设备的现状和发展态势,简要叙述了国内目前天文观测设备的现状,并指出一批重要观测设备的建成标志着我国初步形成了天文学研究的实测基础.一个突出的例子是由我国天文学家自主创新的郭守敬望远镜LAMOST.这是一架新型光谱巡天型望远镜,它的建成标志着我国大型天文光学望远镜技术的突破.正在建设的500m口径球面射电望远镜(FAST)是目前世界上最大的单天线望远镜,它的建成将使我国射电天文研究走到世界前列.本文还介绍了一些已经提出的天文地面和空间大设备计划,并对我国未来天文大设备的发展进行了一点战略思考,提出了一些个人的建议.

对太阳物理发展趋势的展望

今年是我国"十四五"规划的第一年.近期,风云E3气象卫星搭载的望远镜成功地对太阳进行了极紫外成像观测, CHASE和ASO-S两颗太阳观测卫星也即将发射,多台2 m级的地面望远镜也已出光或正在研制,我国的太阳物理呈现欣欣向荣的景象.本文简要概述对太阳物理发展的浅见,包括将太阳物理研究定位在四个重要领域:太阳内部与大气的结构、太阳爆发活动的物理机制、太阳爆发对行星际空间的影响,以及太阳活动与恒星活动的比较性研究.

现代宇宙学中的数值模拟技术和应用

宇宙尺度上物理过程的多样性和高度非线性使数值模拟成为现代宇宙学必不可少的研究手段,它不仅可以细致追踪宇宙结构的形成和演化历史,同时也为观测和理论模型的检验建立了一个桥梁.本文将总结计算宇宙学领域技术方法的最新发展,包括无碰撞粒子N体数值模拟技术,引入重子物理的计算流体方法.在此基础上,我们将针对现代宇宙学的核心科学问题,简要综述数值模拟技术在面向下一代巡天观测,尤其是暗物质和暗能量探测方面的实际应用.此外,我们选择性地讨论了数值模拟在第一代恒星和反馈作用、宇宙中的气体吸积和恒星形成,以及高红移星系盘的形成研究中所发挥的作用.因应下一代大规模巡天的开展和超级计算技术的快速进步,我们也展望了在未来十年计算宇宙学和相关科学可能取得的进展及发展趋势.

引力波事件GW170817的电磁对应体

2017年8月17日,激光干涉引力波天文台(LIGO)首次探测到来自双中子星合并的引力波GW170817.伴随GW170817的短伽玛射线暴与千新星也分别在1.74 s后和10.9 h后被伽玛射线卫星和光学望远镜探测到.对这些电磁对应体的观测与研究首次证实双中子星并合会产生大量重元素并形成千新星.通过相关理论与观测的比较,人们对于双中子星并合的中心引擎、短伽玛暴喷流的特性以及并合产生的抛射物性质等一系列重要的天体物理学问题进行了空前深入的研究.本文介绍伴随GW170817的各类电磁波对应体的性质,并探讨这些电磁波对应体的物理起源.

超长暴和超软暴

超长暴是一种特殊的伽马射线暴(伽马暴)类型,其释放的总能量与普通伽马暴相当,但持续时间可高达小时量级.由于超长暴辐射流量偏低,目前所观测的超长暴样本数量较少.超长暴到底是普通长暴的延伸,抑或是一种新类型的伽马暴,目前的观测还未能给出一个确定的答案.超软暴在本文定义为能谱偏软的伽马暴,主要包括X射线闪和富X射线伽马暴等类型.本文回顾了超长暴和超软暴的观测特征和理论研究,讨论其可能的爆发机制和前身星模型.引力波暴高能电磁对应体全天监测器(GECAM)具有全天视场、高灵敏度、良好的定位精度和宽能段覆盖(6 keV–5 MeV)的综合优势,且低能区探测能力比现有探测设备明显占优,有利于超长暴和超软暴的观测.我们根据GECAM的响应矩阵和本底模拟数据,对典型的超长暴(GRB 130925A)和超软暴(XRR 050525A)进行能谱模拟,并与Fermi/GBM和Swift/BAT的能谱观测进行比较,发现GECAM对于低能段能谱的测量能力要优于Fermi/GBM和Swift/BAT.另外,我们还计算了GECAM对超长暴和超软暴的探测率,发现GECAM预期每年可以探测到~20个超长暴,~50个X射线闪以及~300个富X射线伽马暴.