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复兴路上的科学家精神——新时代·新青年中国科学院国家天文台南仁东射电天文技术突击队:求真务实,20年做好一件事

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中国科学院院刊 2024年第4期39卷 F0003-F0003页

作者：无中国科学院国家天文台

中国科学院国家天文台南仁东射电天文技术突击队(以下简称“突击队”)现有成员85人,其中中共党员52人;其攻关任务为射电天文技术与方法。突击队一直对标南仁东的精神品质,跟随他的步伐筑梦“天眼”、至诚报国。在南仁东的带领和影响下,... 详细信息

中国科学院国家天文台南仁东射电天文技术突击队(以下简称“突击队”)现有成员85人,其中中共党员52人;其攻关任务为射电天文技术与方法。突击队一直对标南仁东的精神品质,跟随他的步伐筑梦“天眼”、至诚报国。在南仁东的带领和影响下,突击队成员20多年扎根大山深处,执着坚守、敢为人先.

关键词：中国科学院国家天文台中共党员精神品质求真务实突击队敢为人先

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基于多尺度特征融合的恒星光谱分类方法

光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2284-2288页

作者：韩博冲宋轶晗赵永恒中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院大学北京100049

近年来,随着各大光谱巡天项目的陆续实施,观测得到的天体光谱数据急剧增长。大型光谱巡天项目对光谱的自动分类和分析提出了更高的要求。采用多尺度特征融合模块来获取光谱在不同尺度上的光谱特征,结合CNN网络在分类任务上的优势,提出... 详细信息

近年来,随着各大光谱巡天项目的陆续实施,观测得到的天体光谱数据急剧增长。大型光谱巡天项目对光谱的自动分类和分析提出了更高的要求。采用多尺度特征融合模块来获取光谱在不同尺度上的光谱特征,结合CNN网络在分类任务上的优势,提出了一种基于多尺度特征融合的恒星光谱分类模型(MSFnet),对恒星光谱进行光谱型预测。主要包含多尺度特征融合模块和一个含4个卷积层,2个最大池化层,1个全连接层的卷积神经网络。为了防止出现过拟合的问题,添加了dropout,添加dropout后可以使得模型不依赖某些局部特征,防止过拟合,优化网络的鲁棒性。实验中的数据集均来自LAMOST DR9数据库,在输入到模型进行训练之前,需要对光谱数据进行预处理:重新对光谱进行均匀采样,之后进行最大最小值归一化。该实验的编程语言为python 3.9,引入了Pytorch深度学习框架来构建网络。实验部分为两部分:第一部分是研究卷积神经网络的层数、特征图个数与准确率的关系;第二部分将本文提出的MSFnet模型和Resnet18模型的结果对比实验,从精准率P、召回率R、调和平均值F1、准确率A、运行时间等指标来对两个模型进行对比评估。两个模型所采用的训练集、验证集和测试集均按6∶2∶2的比例进行分配,保证了两个模型的训练样本一致。结果表明,采用4个卷积层、特征图数量为16的卷积神经网络的准确率最高。基于此结论,本文提出了特征融合模块与卷积神经网络的组合MSFnet模型,相对于18层的残差神经网络模型,该模型的结构更简单,在上述指标的表现上也与Resnet18模型相当,并且在A、F、K型光谱的分类效果更好,速度更快。MSFnet模型在测试集上的准确率接近97%,比传统的CNN和Resnet18模型的准确率更高,表明了MSFnet模型有助于提升光谱自动分类的准确性。

关键词：恒星光谱深度学习模型自动分类卷积神经网络

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南极冰穹A的天文台址测量进展

极地研究 2024年第1期36卷 1-11页

作者：商朝晖胡义中国科学院国家天文台北京100101

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... 详细信息

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。

关键词：天文选址光学红外冰穹A

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近地小行星天地基协同监测和轨道确定试验

深空探测学报（中英文） 2024年第2期11卷 177-183页

作者：刘静程昊文杨志涛李大卫曹莉江海李杨王华超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京100049

基于中国科学院国家天文台空间碎片试验望远镜,联合“仰望一号”“吉林一号”卫星,设计并开展了近地小行星天地基协同监测试验,利用图像处理和定轨方法,实现了天地基观测图像的目标检测和天文定位,完成了近地小行星轨道的精确确定。经分... 详细信息

基于中国科学院国家天文台空间碎片试验望远镜,联合“仰望一号”“吉林一号”卫星,设计并开展了近地小行星天地基协同监测试验,利用图像处理和定轨方法,实现了天地基观测图像的目标检测和天文定位,完成了近地小行星轨道的精确确定。经分析,基于现有的天地基设备可实现对近地小行星的协同监测和轨道编目,为研判近地小行星撞击风险提供轨道数据支持。

关键词：近地小行星天地基协同监测精密定轨数据融合

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月背低频射电探测阵列建造技术研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 48-55页

作者：高峰陈学雷张也弛吴锋泉王彤刘魏林北京空间飞行器总体设计部北京100094 中国科学院国家天文台北京100101

针对月背低频射电探测阵列建设问题开展了任务需求分析,给出了未来开展宇宙黑暗时代探测所需的流量密度极限及探测阵列规模,在此基础上提出了月背低频射电探测阵列基本型的初步方案设想.探测阵列基本型为一个最大基线长度10 km的阵列,... 详细信息

针对月背低频射电探测阵列建设问题开展了任务需求分析,给出了未来开展宇宙黑暗时代探测所需的流量密度极限及探测阵列规模,在此基础上提出了月背低频射电探测阵列基本型的初步方案设想.探测阵列基本型为一个最大基线长度10 km的阵列,由一个基站和20个子站构成,每个子站带有12个天线节点,分析了阵列建设所需的关键技术,重点论述了系统组成、站址选择、天线设计和适应月夜工作的能源系统设计及天线部署、阵列建造对月表原位建造的需求,为月背大规模射电探测阵列的建造提供参考.

关键词：月背射电探测阵列月表原位建造阵列部署阵列原位建造超长波

基于CNN与LSTM复合深度模型的恒星光谱分类算法

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1668-1675页

作者：李浩赵青崔辰州樊东卫张成奎史艳翠王嫄天津科技大学人工智能学院天津300457 中国科学院国家天文台北京100012

恒星光谱分类是天文学领域中非常重要的研究方向。随着科技的迅猛发展,大型巡天望远镜采集的恒星光谱数据已经达到了TB或甚至PB级别,传统的分类方法已经无法满足如此庞大数据量的处理需求。正确分类光谱对于研究恒星的物理性质以及演化... 详细信息

恒星光谱分类是天文学领域中非常重要的研究方向。随着科技的迅猛发展,大型巡天望远镜采集的恒星光谱数据已经达到了TB或甚至PB级别,传统的分类方法已经无法满足如此庞大数据量的处理需求。正确分类光谱对于研究恒星的物理性质以及演化过程具有重要意义。CNN通过卷积运算学习数据的局部特征,去除冗余信息,并通过最大池化运算对特征进行压缩。然而,由于原始CNN模型的全连接层缺乏长距离依赖挖掘的功能,如果加入LSTM网络,通过其独特的三个“门”的远距离依赖挖掘能力可提取的重要特征,并检测特征中的微小差异,恰好可以解决这个问题。因此,提出了一种基于CNN和LSTM复合的深度模型,用于对LAMOST DR8中的恒星光谱进行分类。这种模型能够更好地学习恒星光谱的特征,为恒星演化研究提供了重要的帮助。为了提高模型的收敛速度,使用了常见的Z-Score标准化方法对数据进行处理。提出的模型在F、G、K三分类实验中取得了94.56%的分类准确率。同时,与前人使用过的RBM、PILDNN、PILDNN、DBN、Inception v3、1D-SSCNN、LSTM方法进行对比,结果表明该方法具有更高的分类准确率。在十分类实验中,该方法取得了97.35%的准确率,并且相比于仅使用LSTM、1D-SSCNN方法的实验结果,该方法的结果更好,且训练时间减少了近十倍。使用F1-score对每类恒星光谱分类准确度进行说明,在三分类和十分类实验中,每类的F1值都在0.9以上。与前人在文献中的实验结果进行对比,该模型的结果更好。通过混淆矩阵的结果,可以得出该模型在光谱种类越多的实验中准确率越高,甚至可以达到100%。综上所述,所提出的基于CNN和LSTM相结合的模型可以有效地对大规模恒星光谱数据进行分类,并取得了优异的分类效果。

关键词： LAMOST 恒星光谱分类卷积神经网络长短期记忆网络 Z-Score标准化

LAMOST的“Unknown”光谱分类研究:ODS-YOLOv7模型

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1960-1967页

作者：王晓敏高军萍蒲源邱波张健楠闫静李荣河北工业大学天津300400 广东白云学院广东广州510450 中国科学院国家天文台北京100012

天体识别是天文新发现和深入研究天体的基础。在LAMOST DR8 v1.0发布的低分辨率光谱数据中有约53万条因没有类别标签而被命名为“Unknown”的光谱,其中有88.56%的光谱信噪比在0~10之间,对这批光谱的研究分析将增加LAMOST的有效数据产出... 详细信息

天体识别是天文新发现和深入研究天体的基础。在LAMOST DR8 v1.0发布的低分辨率光谱数据中有约53万条因没有类别标签而被命名为“Unknown”的光谱,其中有88.56%的光谱信噪比在0~10之间,对这批光谱的研究分析将增加LAMOST的有效数据产出。该研究为“Unknown”光谱的分类设计了一种ODS-YOLOv7模型。它是一种端到端的类别预测模型,通过添加一维卷积注意力模块以提高光谱识别能力。在经过一批信噪比在0~10之间的已知类别光谱训练后,ODS-YOLOv7可以学习到低信噪比光谱的有效特征,进而实现对“Unknown”光谱的类别预测。实验表明,该模型在已知类别标记的低信噪比恒星、星系、类星体的光谱识别中,F1-score分别为0.98、0.95、0.95;同时在与传统算法KNN、RF、DT、SVM和深度学习算法1D CNN、1DSSCNN、ResNet、DenseNet、VIT对比实验中取得相对最好的效果。实验结果还给出了ODS-YOLOv7模型对DR8 v1.0中信噪比在0~10的“Unknown”光谱预测置信度分布,在预测类别为恒星、星系、类星体任务中,有92%的分类置信度在60%以上。为保证模型输出质量,本文只选取分类置信度大于99%的光谱类别作为输出结果。以此为依据,在DR8 v1.0和DR9 v0发布的全部“Unknown”光谱中分别有37.19%和47.03%被ODS-YOLOv7模型预测出类别。此外,还增加人工认证以检验该模型预测的正确性。为提升模型的可解释性,参照了二维图像特征可视化的Grad-CAM方法,将其改进为适合于可视化一维光谱数据特征的算法。其结果表明该模型可自动关注到不同的分类特征,使得该模型非常适用于低信噪比“Unknown”光谱的类别预测。

关键词： Unknown光谱分类 ODS-YOLOv7 低信噪比 LAMOST 特征可视化

预测太阳磁场的时空分布,认知太阳活动的演化规律

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中国科学：地球科学 2024年第8期54卷 2744-2746页

作者：汪景琇中国科学院国家天文台北京100101

太阳活动与人类的生产生活息息相关.温暖的阳光哺育着地球上的生命,但太阳也时不时会发生爆发活动,对地球环境造成重要的影响和威胁.太阳爆发活动是发生在太阳大气局部区域大规模能量释放过程,主要表现为太阳耀斑中剧烈增长的电磁辐射... 详细信息

太阳活动与人类的生产生活息息相关.温暖的阳光哺育着地球上的生命,但太阳也时不时会发生爆发活动,对地球环境造成重要的影响和威胁.太阳爆发活动是发生在太阳大气局部区域大规模能量释放过程,主要表现为太阳耀斑中剧烈增长的电磁辐射和能量粒子喷射,以及日冕物质抛射中的物质和磁通量的抛射.

关键词：日冕物质抛射太阳活动太阳磁场太阳耀斑太阳大气太阳爆发能量释放电磁辐射

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卫星星系运动预示了更年轻的宇宙

科学通报 2024年第21期69卷 3059-3060页

作者：谷青郭琦中国科学院国家天文台北京100101

宇宙的年龄有多大?通过哈勃常数,即宇宙的膨胀速率,可以计算宇宙年龄.目前有2种常见的测量哈勃常数的方法:一种是根据宇宙距离阶梯的标准烛光方法,利用近邻宇宙的造父变星和Ia型超新星的直接测量结果;另一种是根据早期宇宙的微波背景辐... 详细信息

宇宙的年龄有多大?通过哈勃常数,即宇宙的膨胀速率,可以计算宇宙年龄.目前有2种常见的测量哈勃常数的方法:一种是根据宇宙距离阶梯的标准烛光方法,利用近邻宇宙的造父变星和Ia型超新星的直接测量结果;另一种是根据早期宇宙的微波背景辐射,对宇宙学模型进行拟合,得到限制结果.然而,这两种测量方法得到的哈勃常数却出现了5个标准差置信度(σ)的差异[1],近邻宇宙的直接测量倾向一个膨胀速率较高的宇宙,而早期宇宙的数据倾向推测一个膨胀速率较低的宇宙,这被称为哈勃常数危机.

关键词：哈勃常数微波背景辐射造父变星宇宙年龄标准烛光宇宙学模型早期宇宙膨胀速率