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月球空间天气探测与研究进展

深空探测学报（中英文） 2024年第2期11卷 159-168页

作者：罗冰显张贤国孙天然白先勇韦飞林瑞淋李磊张珅毅孔令高王馨悦谢良海彭松武唐斌斌张颖洁徐秋予冷双冯鹏远苏杨甘为群封莉田晖陈林杰颜毅华宋永亮刘四清邓元勇空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院紫金山天文台南京210023 北京大学地空学院北京100871

稳定的天体地质构造、与地球合适的距离、无稠密大气和全球磁场,使得月球成为日地月空间天气监测和研究的天然优良实验室。回顾了国内外月球空间天气探测和研究进展,梳理了月球空间天气关键科学问题及预报应用问题,提出了建立月球空间... 详细信息

稳定的天体地质构造、与地球合适的距离、无稠密大气和全球磁场,使得月球成为日地月空间天气监测和研究的天然优良实验室。回顾了国内外月球空间天气探测和研究进展,梳理了月球空间天气关键科学问题及预报应用问题,提出了建立月球空间天气监测站的构想,明确了监测站具体科学目标,并介绍了监测站三大系统构成及相互关系,包括监测系统、科学研究系统以及建模与预报系统。建立月球空间天气监测站对研究太阳爆发活动、日地月耦合关系以及月球局地环境的变化具有重要的科学意义,也有利于促进月球空间天气建模和预报技术的发展,提升未来月球科研探索任务空间环境保障能力。

关键词：月球空间天气月球空间天气探测和研究月球空间天气监测站月球空间天气预报

大型射电望远镜日照热误差及其补偿的仿真研究

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工程科学与技术 2024年第1期56卷 245-255页

作者：雷震宁亮陈浩祥赵武林项斌斌李东伟长安大学工程机械学院陕西西安710006 中国电子科技集团公司第三十九研究所陕西西安710016 中国科学院新疆天文台新疆乌鲁木齐830011

射电望远镜广泛应用于射电天文、测控导航等领域,随着其工作频率的升高、口径的增大,日照引起的结构热变形对其性能的影响愈发严重;本文针对待建的新疆110 m口径射电望远镜,建立了其日照热力耦合模型,分析了天线在不同时刻、风速及姿态... 详细信息

射电望远镜广泛应用于射电天文、测控导航等领域,随着其工作频率的升高、口径的增大,日照引起的结构热变形对其性能的影响愈发严重;本文针对待建的新疆110 m口径射电望远镜,建立了其日照热力耦合模型,分析了天线在不同时刻、风速及姿态下的温度、变形情况,总结了结构日照温度场、变形场的时空分布特征,最后采用最佳吻合抛物面方法对反射面精度进行了评价,并通过副反射面位置补偿量的变化趋势揭示了天线热变形的共性规律及机理。结果表明:对于日照引起的天线热变形误差,风速越大,结构温度分布越均匀,其越接近等温膨胀变形,反射面形状精度越高;温差引起的结构不均匀变形是反射面精度下降的主要原因,温差越大结构的不均匀变形越大,反射面的形状精度越低;同一姿态不同风速下反射面热误差空间分布具有相似性,该分布与太阳直射点位置直接相关,且会跟随直射点位置发生变化,但由于日照强度、风速等因素的不同,其变形幅度不同。各种姿态下反射面精度变化规律相似,与风速的相关性均为反射面精度随风速上升而提高;采用副反射面位置补偿技术可明显缓解日照热误差影响。本文的分析方法与结论对大口径全可动射电望远镜的设计建造及其热误差控制具有一定参考价值。

关键词：射电望远镜日照热误差热变形反射面精度热误差补偿

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龙虾眼X射线光学器件的曲率半径统计规律

光学学报 2024年第13期44卷 316-323页

作者：张彬张臣黎龙辉戴妍峰贾振卿凌志兴姜博文张双南中国科学院国家天文台空间天文与技术重点实验室北京100012 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049 北方夜视技术股份有限公司江苏南京211106 北方夜视科技(南京)研究院有限公司江苏南京211106 中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室北京100049

Angel型龙虾眼微孔光学(MPO)器件的独特之处在于其具备出色的4π立体角聚焦能力和最优的有效面积-质量比之一。其需要经过球面热成型处理,形成曲率半径球面,确保器件上百万量级反射X射线的微通道指向会聚于曲率中心一半位置处。因此MPO... 详细信息

Angel型龙虾眼微孔光学(MPO)器件的独特之处在于其具备出色的4π立体角聚焦能力和最优的有效面积-质量比之一。其需要经过球面热成型处理,形成曲率半径球面,确保器件上百万量级反射X射线的微通道指向会聚于曲率中心一半位置处。因此MPO器件的X射线及光学性能与器件的曲率半径息息相关。本文对空间先导专项二期项目爱因斯坦探针宽视场望远镜所使用的468片MPO器件的曲率半径,分别采用X射线束流测试装置和自准直望远镜进行了测试,并分析了其统计特性。分析结果表明,在镜片热弯过程中,X射线球面曲率半径大于光学曲率半径,其差值存在两个峰值,分别为0.68%和1.52%。这表明X射线曲率半径和光学曲率半径存在不一致性;MPO器件的X射线曲率半径存在不均匀性,全片平均X射线曲率半径和镜片中心指向曲率半径相差0.50%。这表明后续需要进一步研究热成型相关工艺,提高球面的成型精度。

关键词：龙虾眼微孔光学器件 X射线光学统计学曲率半径

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氦气内纯化器分析与实验

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第7期52卷 132-138页

作者：杜军军李正宇刘立强龚领会中国科学院理化技术研究所中国科学院大学

在不增加冷源氦气消耗前提下以提高氦气纯化器的污氦气处理能力为目标，分析了氦气内纯化的工作过程．优化了氦气内纯化器新流程，利用液化杂质冷量可有效降低冷源氦气消耗量，有利于扩展内纯化器低纯度氦的处理范围．设计了一台氦气内... 详细信息

在不增加冷源氦气消耗前提下以提高氦气纯化器的污氦气处理能力为目标，分析了氦气内纯化的工作过程．优化了氦气内纯化器新流程，利用液化杂质冷量可有效降低冷源氦气消耗量，有利于扩展内纯化器低纯度氦的处理范围．设计了一台氦气内纯化器并开展了相关实验，结果表明：新内纯化器可将氦气纯度约为92.0%的污氦气提纯至99.999%高纯氦气；相较于现有商用氦气内纯化器，优化后内纯化器流程在不降低冷源氦气消耗的前提下，使得污氦气处理范围由氦气纯度95.0%扩展到92.0%．当高纯氦气产量不低于180 L/min时，冷源消耗量约32 L/min，冷源氦气消耗量降低约54.3%，新的内纯化器流程有利于提高为内纯化器提供冷量的氦液化器的液化量．

关键词：氦气内纯化器纯化分离流程分析优化设计

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空间系外行星探测与研究进展

空间科学学报 2024年第1期44卷 5-18页

作者：周济林谢基伟葛健季江徽窦江培东苏勃刘慧根王炜郭建恒余聪白雪宁冯发波刘倍贝南京大学天文与空间科学学院南京210023 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院紫金山天文台南京210023 中国科学院南京天文光学技术研究所南京210042 北京大学物理学院天文学系北京100871 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院云南天文台昆明650011 中山大学物理与天文学院珠海519082 清华大学天文系北京 100084 上海交通大学李政道研究所上海201210 浙江大学物理学院杭州310030

系外行星学科是近30年来迅速发展起来的一门新兴学科.其主要研究内容和目标包括,通过发展各种探测技术探测太阳系外行星,分析行星轨道、成分、大气性质,评估行星的宜居性,统计行星的分布规律,从理论和观测上揭示行星系统的形成和动力学... 详细信息

系外行星学科是近30年来迅速发展起来的一门新兴学科.其主要研究内容和目标包括,通过发展各种探测技术探测太阳系外行星,分析行星轨道、成分、大气性质,评估行星的宜居性,统计行星的分布规律,从理论和观测上揭示行星系统的形成和动力学演化机制.系外行星的研究对于回答宇宙中是否存在其他生命以及人类在宇宙中的地位和意义等问题具有重要意义.随着21世纪空间探测技术的发展,系外行星的研究进入了崭新及快速的发展阶段.本文分析了系外行星研究领域的发展态势,凝练中国在系外行星未来空间探测发展的重点领域,优化学科布局,以推进系外行星研究的快速稳步发展.

关键词：系外行星发展动态战略规划

不同的高斯过程方法在系外行星大气透射光谱数据处理中的比较研究

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天文学报 2024年第4期65卷 44-62页

作者：王锦鹏王炜欧阳青林李静西华师范大学物理与天文学院南充637002 中国科学院国家天文台光学天文重点实验室北京100101 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

凌星法是研究系外行星大气的重要方法之一.在地面上对系外行星大气进行观测时,传统凌星法通常在目标星之外同时观测一颗或多颗参考星,利用较差光谱法并结合高斯过程回归,以同步监测并线性地消除凌星光变曲线内由于地球大气和仪器效应产... 详细信息

凌星法是研究系外行星大气的重要方法之一.在地面上对系外行星大气进行观测时,传统凌星法通常在目标星之外同时观测一颗或多颗参考星,利用较差光谱法并结合高斯过程回归,以同步监测并线性地消除凌星光变曲线内由于地球大气和仪器效应产生的系统噪声.尝试了一种新方法,即不使用较差光谱法,而是将参考星的光变曲线作为高斯过程的相关量来探索光变曲线中的系统噪声,该方法允许在目标星光变曲线和同时记录的时间序列间进行更灵活的非线性映射,以此详尽地探索凌星信号中存在的系统噪声.更进一步,还测试了没有参考星的情况,以模拟视场中无参考星的行星系统的凌星观测.对此进行了试验和研究,将此方法应用于一次热木星WASP-69b的凌星光谱数据中.研究发现,对于WASP-69b的这次凌星数据,新方法在使用参考星时获得的白光凌星深度精度优于传统方法,获得的分光光变曲线残差普遍小于传统方法得到的残差,而在没有参考星情况下,利用已知的凌星中心时间仍可以得出可接受的结果.更多针对凌星数据的测试,可进一步验证新方法的优势和适用性.

关键词：技术:分光行星与卫星:个别:WASP-69b 方法:数据分析方法:统计

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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

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天文学进展 2024年第2期42卷 257-275页

作者：杨晨邓李才杨帆何飞王坤李睿玥兰甜任安炳刘念张春光陈孝钿刘其利西华师范大学物理与天文学院南充637009 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100101 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 西藏大学理学院拉萨850000 中国科学院紫金山天文台青海观测站德令哈817000

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... 详细信息

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。

关键词：光学天文台选址冷湖青藏高原光污染

宽视场条件下红黑树中心局域化加速的星图匹配技术

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光学学报 2024年第12期44卷 206-216页

作者：刘德龙杨文波柳鸣孙建南中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站光电观测研究室吉林长春130117

较宽视场的星图匹配往往存在数据量巨大、边缘效应明显等问题进而影响计算的速度和精度。本文采用放大中心视场并优先处理的思想进行程序加速,并采用三次底片常数拟合匹配数据,减小宽视场观测中边缘视场处目标的定位误差。在实际的算法... 详细信息

较宽视场的星图匹配往往存在数据量巨大、边缘效应明显等问题进而影响计算的速度和精度。本文采用放大中心视场并优先处理的思想进行程序加速,并采用三次底片常数拟合匹配数据,减小宽视场观测中边缘视场处目标的定位误差。在实际的算法实现中,采用了基于红黑树的动态数据结构适配于中心视场的扩大;并应用GeoHash编码技术进行全域星象匹配。实验结果显示:三角形的匹配时间相较于原始算法减少了70.68%;在计算准确性上与系统原装软件的误差在亚像素水平;激光星轨道关联实验显示,关联差均在20″以内。长达一个月的实测结果表明,本文提出方法成功匹配了多达65万帧图像,识别准确率超过90%,平均每个观测夜识别到的目标达到580个。

关键词：星图匹配天文定位 GeoHash编码红黑树宽视场

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月球南极尘埃等离子体环境特性

物理学报 2024年第15期73卷 133-140页

作者：李梦谣夏清蔡明辉杨涛许亮亮贾鑫禹韩建伟中国科学院国家空间科学中心空间天气国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft ... 详细信息

由于缺少大气和全球性磁场的保护,空间等离子体环境可直接作用于月球表面的月壤层,月壤中较小粒径的月尘带电后会在月面附近形成复杂的尘埃等离子体环境,影响探月任务的顺利实施.针对月球南极尘埃等离子体环境,本文利用SPIS(spacecraft plasma interactions software)软件,仿真研究了月球南极0—200 m高度范围的等离子体和月尘的空间分布情况及月面充电特性,揭示了月面附近尘埃等离子体环境特征及悬浮在月面附近的带电月尘对等离子体环境的影响.仿真结果与Apollo探测数据和Popel团队的理论数据吻合.研究结果:表明空间电位随着高度升高而增加,月球南极附近0—10 m电位约为–40 V,在100 m处空间电位约为–20 V;在10 m以下高度范围内月尘密度为10^(7.22)—10^(4.66) m^(–3);月表附近尘埃等离子体中的电子密度为10^(5.47) m^(–3),离子密度为10^(6.07) m–3,并随着高度升高而增大;带电月尘会影响月尘的空间分布,主要是通过影响空间电场的分布,进而导致电子分布差异,对离子的影响不大.

关键词：月球南极尘埃等离子体环境 SPIS 仿真月面电位分布