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紫台通讯(2013年第4期)
2013年12月09日

紫台 通 讯

4

中科院紫金山天文台综合办公室编 20135-9

 

丁仲礼调研紫金山天文台

2013729日,中国科学院副院长丁仲礼一行到紫金山天文台调研指导工作,与紫台台领导、院士、科研和管理骨干40余人进行了座谈交流,了解了紫台“一三五”规划实施新进展及下一步发展等工作。

丁仲礼听取了杨戟台长紫台的总体报告,重点了解了紫台的基本情况和“一三五”规划布局、重要改革保障措施、主要进展和成效、未来工作计划及存在的主要问题等。听取了暗物质粒子探测卫星研制进展、中国南极天文台项目规划、太赫兹超导阵列成像系统仪器研制进展、国家近地天体监测预警中心建设方案等4个专题汇报,参观了院空间目标与碎片观测、暗物质与空间天文两个重点实验室以及紫台毫米波与亚毫米波太赫兹技术研究平台。

在认真听取大家的意见和建议后,丁仲礼表示:此次到紫台调研,在三个方面印象深刻:一是紫台着眼大局,正在实施推进的“三个重点突破”都是关乎世界科学前沿或国家战略需求大课题;二是紫台重视能力建设,坚持实验室平台建设、仪器设备研制与解决科学问题理论研究紧密结合,并借此实现重大创新点;三是紫台重视学科建设,在前沿学科和基础研究领域均有布局,覆盖面广,文化底蕴丰厚,这是出人才、出成果、出思想的先决条件。

丁仲礼肯定了紫台科研发展和下一步重点工作部署。他强调前沿科学与教育局(筹)的职责定位是学科建设、能力建设,前沿研究和人才培养,推进和支持研究所在基础前沿交叉点领域做出有世界影响力的产出。希望紫台抓住科学上重大难题,做好前瞻布局,切切实实做出有重大影响力的科研成果。

前沿科学与教育局黄敏副局长、综合处杨永峰处长、紫金山天文台领导班子、陆院士等陪同调研。

慧眼”扫描银河画卷

《中国科学报》926日第1版要闻报道 中科院紫金山天文台利用最新开发成功的毫米波边带分离混频技术,自主研发了我国第一台超导成像频谱仪。一举将我国毫米波望远镜的观测能力升至国际前沿。中科院紫金山天文台副台长甘为群盼望着,藉由这一“科学的鹰眼”,可以窥知更多“人类从哪里来?到哪里去?”等基本的哲学命题。

冷暗宇宙的奥秘

当意大利科学家伽利略第一次将望远镜对准天空时,人类就开始了对宇宙的探索。几百年来,天文观测技术不断精进,人类的视野也随之拓展到更遥远的地方。

同一个天体,在不同波段下看到的图像是不一样的。”中科院紫金山天文台研究员王红池说,“比如对一些发热的恒星,光学望远镜就能看到;但很多冷的天体,以及形成于早期的天体,只有在毫米波段才能被观测到,这时就需要射电望远镜了。此外,宇宙中布满了尘埃,想要看到尘埃后面的东西,也需要穿透性更强的射电望远镜。”

近年来,对“冷暗宇宙”的研究逐渐成为国际热点,中国也在其中发挥了重要作用。例如,作为中国短毫米波段射电天文观测领域唯一的大型开放研究设备,紫金山天文台青海观测站的13.7米毫米波望远镜就取得了一系列重要的科学发现。

然而,随着科技竞争的日益激烈,没有金刚钻,就越来越难揽瓷器活。“这就像一部好的相机需要一个好的CCD一样,一架好的射电望远镜也离不开一个好的信号接收机。”紫金山天文台研究员、南极天文与射电天文研究部主任史生才坦言。

鹰眼”巡天

有了这只“鹰眼”,中国天文学家终于可以圆一个做了许久的天文梦。

由紫金山天文台主导的“银河画卷”巡天计划从2011年开始实施,将覆盖北天银道面±5度范围的天区以及邻近恒星形成区、高银纬星际分子云及其他区域,完成数据获取、数据校准、质量检查、编目入库、数据汇总等任务。

就好像对银河系做人口普查一样。”甘为群说。银河系就像个大盘子,中间的银道面是恒星和分子云分布最为集中的地方。

不要小看这些存在于星星之间的分子云,恒星和星星就起源于这些‘云’。”王红池解释称,“所以,研究分子云在银河系中的分布、结构和物理性质,是十分重要的工作。”

依据计划,这些工作要用10年左右来完成。但是,要在如此短的时间里细细描绘浩如烟海的银河画卷,几乎也是一项不可能完成的任务。

超导成像频谱仪再次为科学家点燃了希望。原来,这台仪器突破了单象元空间成像的限制,能够同时观测9个像素,再辅以其他技术创新,将望远镜的观测效率提高了20倍以上。“这样,原来需要200年才能完成的银河巡天,现在只需要10年了。”王红池告诉《中国科学报》记者。

20年前进“1微米”

在紫金山天文台的实验室里,记者看到了一个“不起眼”的小零件,可它却是史生才心中最珍贵的宝贝。

这个只有1微米见方的小器件叫做超导隧道结芯片,用史生才的话说,它是超导成像频谱仪“核心中的核心”。为了这个“小家伙”,中国科学家奋斗了将近20年。

上世纪80年代初,中国就开始部署建设毫米波望远镜,这在国际上起步并不算晚。然而,由于欧美国家的技术封锁,中国一直没有自己的核心探测器。

就这样,史生才和同事们开始了一条自己的探索之路。“望远镜对探测器的要求是探测效率高、本身杂音小,而近年来兴起的超导材料,刚好符合我们的要求。”

直到1996年,科研人员才将第一台自主研发的超导接收机装在了青海的望远镜上,而后又几经改造升级,使探测器性能不断提升,在国际同类仪器中达到领先水平。目前,望远镜已在国内外开放观测中完成了上百个天文研究课题,取得了诸多重要的发现。

我是个在天文台工作的实验物理学家,”史生才说,“在与天文学家密切合作的这些年里,我深深地体会到,掌握核心器件的制备有多关键。只有我们真正掌握了核心技术,才能做出更漂亮的科研工作。”

银河系旋臂结构最新研究成果在国际上引起轰动

201363日,第222届美国天文学会在印第安纳举行,会上有关银河系旋臂结构的最新研究成果引起了天文学界和众多媒体的瞩目,其中最重要的变化是关于本地臂的形态。

本地臂从银河系旋臂的一个短小的鼓包(spur),上升到可能是主臂的一个分支或者本身就是一个类似主臂的结构。它极大地改变了人类对自己所处的银河系环境的认识。这一科研成果(本地臂的性质)已于20135月正式刊登在美国《天体物理杂志》上。《U.SNews and World’s Report(美国新闻与世界报道)》、《SPACE》、《Universe Today》和NRAO(美国国家射电天文台)等多家媒体和网站都争相报道了这一新闻。

银河系旋臂结构图:本地臂曾被认为是刺(左图),现或可能为英仙臂(Perseus Arm)主分支(右图)

自从上世纪50年代美国天文学家Morgan发现银河系内太阳附近存在3条短的旋臂结构以来,关于银河系旋臂结构的争论一直没有停止过。至今已经有100多个模型,旋臂数量从2条至5条甚至更多,但没有一个模型得到公认。唯一比较认可的就是本地臂是一个刺或者说鼓包。一氧化碳分子和斯必泽(Spitzer)空间望远镜巡天确实发现了银河系存在物质连续分布的结构,但因为没有办法精确测定这些物质的距离,所以无法精确建立银河系的旋臂结构。

2003年紫金山天文台徐烨研究员和南京大学郑兴武教授联合美国哈佛史密松天体物理中心的Reid研究员和德国马克思普朗克的Menten教授在国际上率先采用直接测量天体距离的方法来建立银河系旋臂结构并且获得了成功。由此推动并建立了一个更大的国际合作团队--贝塞尔(BeSSeL)团队。该项目得到了美国国立射电天文台巨科学工程的支持,共获得横跨全球的甚长基线干涉阵(VLBA)超过5000小时的观测时间,同时还获得了超过300小时的由27面直径为25米天线组成的甚大阵(VLA)和直径为110米的绿岸射电望远镜(GBT)的观测时间。也就是说在最近5-6年内, 贝塞尔项目研究人员每年将获得超过20%VLBA观测时间,用来观测超过500个大质量恒星形成区的脉泽源。这是美国国立射电天文台历史上,也是世界高精度测量历史上首次对一个项目投入这么多时间。研究人员将有机会多历元的观测大质量恒星形成区成协的脉泽源,利用类星体和脉泽源的相位参考技术,精确地测定脉泽源的位置、自行和视差,从而建立银河系旋臂结构和运动的新模型。

2006年,他们利用三角视差法精确测定了银河系英仙臂的距离,测量精度高达2%,将天体测量的精度提高了100倍。这一成果以题为《银河系英仙臂的距离》作为封面文章发表在国际权威学术期刊《科学》上,被国际同行评价为开创了天文学中三角视差测量天体距离的新纪元。也是中国天文学家第一次以论文第一作者身份亮相《科学》封面。

2007年至今,他们在国外重要天文学杂志ApJ上发表了关于银河系旋转速度和质量的系列最新研究成果文章10多篇。这些研究表明:银河系的旋转速度比以前预计的更快,以前认为是220公里/秒,现在估计约254公里/秒;从而判断银河系的质量更大,大约是目前认定的1.5倍。国外专家认为上述研究是该领域的一项奠基性工作,是银河系结构和运动学研究的一个重大突破。国际合作小组成员Mark Reid博士在2008年美国天文年会上报告了这项最新结果,获得了2008年美国天文年会特别奖。该研究工作在国内被评为2008年十大天文科技进展之一和2009年高等学校自然科学一等奖。

确定银河系本地臂的结构是继2006年确定银河系英仙臂距离之后的关于银河系旋臂结构研究的又一重大成果。在2012年资深天文学家Caswell撰写的关于银河系结构的综述文章中,认为徐烨等人的系列工作是银河系结构领域里的一个里程碑。

贝塞尔团队已经精确测定了80多个银河系内大质量恒星形成区的视差距离及其三维运动,银河系真正的面貌正在被逐渐清楚地揭示出来。在今后的2-3年内,该团队将继续对银河系内的300个大质量恒星形成区进行观测,从而全面确定银河系的旋臂结构和运动学性质,研究银河系的尺度、质量、和旋转曲线等。贝塞尔项目是一个由中、美、德、意、韩、日等国20多位天文学家参与的探索银河系结构和运动的大科学工程。其中有6位中国成员参加此项目,占有很大比重,并作出了突出的贡献。

科学家观测到耀斑磁重联的重要证据

2013714日,在线出版的Nature Physics发表了中科院紫金山天文台苏杨博士等人的最新观测研究成果:他们利用美国的太阳动力学探测卫星(SDO)和太阳高能像谱卫星(RHESSI)的同时观测,对2011817日一个C级耀斑进行了多波段综合研究,首次详细展示了太阳耀斑发生时磁重联过程的细节。

: SDO卫星的多波段观测所展示的太阳耀斑结构

    科学家们总是想更好地理解磁重联过程,它是导致太阳上剧烈爆发事件——如太阳耀斑和日冕物质抛射的核心过程。这些剧烈的爆发会释放大量的辐射和高能粒子,严重影响近地卫星的运行和地面无线电通讯等。磁重联研究的一个难点在于, 我们看不到磁力线,该过程不能直接观测。然而,科学家们能够结合计算机模拟和与磁重联相关的观测来试图理解磁重联过程中到底发生了什么。
    科学家们找到了新的观测证据。苏杨等搜寻了
SDO的观测,并且找到了太阳上发生的磁重联的直接图像。虽然说磁力线是不可见的,但是它们能够让带电粒子沿着磁力线运动。空间望远镜能够看到在太阳大气中以拱状出现的亮环,它们勾勒出磁力线的走向。通过观察一系列的图像,苏杨等发现两束磁力线相互靠近,继而形成一个类似于“X”形的磁场位形,然后一部分磁力线和其中携带的粒子离开太阳进入太空,另一部分回落到太阳低层大气。科学家们还利用RHESSI数据证实了这个事件的确是磁重联的一个事例。

苏杨博士是中科院紫金山天文台2011年毕业的博士生,现在奥地利格拉茨大学从事博士后研究。紫金山天文台作为该篇文章的合作单位,其工作得到国家973项目和基金项目的部分支持。

紫台科研人员在宇宙深处的爆发天体中发现引力波辐射迹象

伽玛射线暴(简称伽玛暴)是宇宙大爆炸之后人们能探测到的恒星尺度最剧烈的爆发现象,是宇宙中最为极端的天文现象之一,是宇宙中最为极端的天文现象之一,其辐射出来的光子在宇宙中要穿越几十亿光年才能到达地球。伽玛暴爆发阶段的辐射一般被称为瞬时辐射,而爆发结束后在更低能段(如X、光学、射电)持续更久的辐射一般称为余辉。不同伽玛暴的瞬时辐射持续时间不同,1993年科学家统计发现根据持续时标伽玛暴可以分为两类:一类是所谓的长暴,典型持续时标为~20秒;另一类是短暴,持续时标短于2秒。越来越多的观测证据表明相当部分的短暴可能来自于双中子星或者黑洞—中子星系统的并合,而长暴来自于质量约为数十倍太阳质量的恒星的死亡。上个世纪70年代科学家们就计算发现“双中子星或者是黑洞—中子星并合过程”将会发出强烈的引力波辐射,是来自宇宙深处最重要的引力波辐射源之一,因而也成为现代引力波探测器如LIGO等的最重要观测对象。短暴由于其可能的“双中子星或者是黑洞—中子星并合过程”起源也越来越受到引力波研究界的重视。由于LIGO等探测器的灵敏度仍然较低,目前引力波还没有被直接探测到。对发生在宇宙深处的短暴,引力波辐射信号(与距离成反比)更弱,现阶段的研究主要集中在对引力波辐射信号的理论计算以及探测的前景估计。长期以来,人们普遍相信“短暴是自然界最强的引力波辐射源之一,但只有借助未来的引力波直接探测结果才可以得到引力波辐射信号”。正因如此,国际上尚没人试图从现有的短暴电磁辐射信息中证认引力波辐射迹象。

紫金山天文台的范一中、吴雪峰、韦大明三位研究员另辟蹊径,指出与传统认识不同——现有的短暴的电磁辐射中已可证认引力波辐射信号。他们工作的研究对象是“一些短暴中的持续约100秒左右的平台状的X射线余辉辐射”而不是短暴的瞬时辐射。黑洞和中子星合并一定会产生黑洞,在这种情况下很难解释“平台状的X射线余辉辐射”。2006Gao & Fan以及Fan & Xu提出两颗中子星并合后可能形成一颗自转周期约1毫秒并且具超强磁场(1E14高斯以上)的中子星,通常谓之为毫秒磁星。毫秒磁星的磁偶极辐射很强,可以产生“平台状的X射线余辉辐射”或其它新的辐射信号。最近Rowlinson等人系统的研究了Swift卫星探测到的短暴X射线余辉,发现磁星模型能解释约一半的事例。但是她们得到的这些磁星的自转周期一般远大于1毫秒(对应的转动能远小于通常认为的1E52-1E53 erg),这和双中子星并合模型不吻合;另外如此慢的自转也不足以有效抵抗引力塌缩,导致磁星很难存活达百秒,与观测也不一致。一个可能的解决方案是只有极小一部分磁偶极辐射的能量转化为了多波段余辉辐射,绝大部分磁偶极辐射能量被注入到双子星合并过程中抛射的外流物质中,这将显著提高外流体的动能。在该情形下人们将探测到非常明亮的外流体正向激波光学、射电余辉辐射,但绝大部分短暴的光学、射电辐射都很弱,不支持该假设。剩下的一种可能就是毫秒磁星的转动能主要被引力波辐射带走,如果该磁星在垂直于自转轴方向上的椭率达到~1%。而双中子星合并诞生的磁星内部的环向磁场可能强达1E17高斯并且是各向异性的,这可以导致~1%的椭率。基于这些依据,范一中、吴雪峰、韦大明在国际上首次指出现有的短暴数据中已经存在着引力波辐射的迹象,并预言“慢转中子星的最大引力质量约为2.2-2.3倍太阳质量”,该值与现有的天文观测结果自洽。

紫金山天文台四项成果入选2012年度“十大天文科技进展”

由中国科学院国家天文台与中国天文学会在全国范围内共同组织的2012年度“十大天文科技进展”评选活动揭晓。紫金山天文台推荐的4项成果全部入选,分别是:1)精确确定图塔蒂斯轨道嫦娥二号拓展试验任务取得重大应用成果;2)首次对太阳在氦原子谱线10830Å进行高分辨率成像,并观测到了向上能流的超精细结构;3)太赫兹量子级联激光器技术研究取得突破进展;4)嫦娥二号伽玛谱仪探测研究取得新进展。

中科院紫台党委举行党的群众路线教育实践活动专题学习会

2013922日,中国科学院紫台党委举行党的群众路线教育实践活动专题学习会议。本次学习会的主题是:深入学习贯彻习总书记在第十八届中央纪律检查委员会第二次全体会议上的讲话和在党的十八届二中全会第二次全体会议上的讲话,结合院落实“四个率先”要求推进科技工作和深入实施教育实践活动谈学习体会。党委副书记、台党的群众路线教育实践活动领导小组组长蒋耀文同志主持学习会。

按照中央和中科院的统一部署,我台教育实践活动从8月底开始,11月结束。活动启动以来,按照院党组和分院的群众路线教育实践活动领导小组的统一安排,紧密结合实际,通过专题学习会,专题调研,设立意见箱、网上邮箱,公开征求意见联系电话,支部学习会等多种形式,不断加深学习、广泛听取意见,取得了阶段性成效。

学习会上蒋耀文副书记与大家一起认真学习了习近平总书记的讲话,并做了专题发言。他强调在深入开展党的群众路线教育实践活动中要着力分析解决在为民务实清廉和“四风”方面存在的突出问题,集思广益、改革创新,转变作风、真抓实干,进一步把创新驱动发展战略落到实处。要把教育实践活动与我台科研、管理工作紧密结合,学习要避免流于形式,注重效果;要结合我台学科发展、人才队伍、科研管理、支撑平台、制度建设等方面广泛听取职工群众的意见;对照检查要务实,不说空话套话;整改落实要真正能够解决一些实际问题。坚持群众路线、在思想上重视起来、在政治上严肃起来、在工作上统筹起来,以教育实践活动的成效促进党建工作新提升,促进广大党员干部做好群众工作、服务科研人员的能力和水平的新提升

简讯:

  • 422-24日,中国科学院射电天文重点实验室第四届二次学术委员会暨工作会议在南京召开。

  • 427日,紫台召开全体研究生会议暨第八届学生会选举仪式。

  • 428-29日,紫台开展“我的中国梦”主题团日活动。

  • 58日,南京亚青会迎来倒计时100天。南京亚青组委在紫台成功举行了2013南京亚青会圣火采集暨网络火炬传递启动仪式。

  • 511日,南京分院系统2013年乒乓球团体赛在南京大学体育中心举行,分院系统有8只代表队参赛,紫台喜获团体总冠军。

  • 台博士研究生周佳能、赵国清和李东荣获2013年度中科院南京分院伍宜孙奖学金。

  • 518 -19日,紫台开展领导公众科学日科普活动。

  • 516日,中共紫金山天文台姚安天文观测站支部委员会成立,选举产生支部委员3名,雷成明任支部书记,汪俊任支部副书记,黄学海任组织委员。

  • 523 -24日,由紫台主办的中国科学院保密工作华东协作组会议在南京召开。

  • 525日,紫台赵海斌研究员到南京科学会堂,为近200名南京市民和中学生作题为“近地天体会是地球的终结者吗”的科普报告,带领大家认识近地小天体及其对地球的威胁。

  • 524日,紫台王思潮研究员和天体化学和行星科学实验室王英博士到南京师范大学仙林校区,为南师大地理科学学院200多名大一学生和南京高校天文联合会的部分同学们作关于陨石的科普报告,受到了师生们的热烈欢迎。

  • 526-29日,2013年南极巡天望远镜国际合作会议在云南省腾冲县举行。

  • 620日,国际天文联合会主席、日本国立天文台海部宣男教授应邀访问紫金山天文台。

  • 紫台陈果等研究生荣获中国科学院大学优秀学生称号。

  • 621-25日,东亚核心天文台(EACOA)中等口径望远镜科学讨论会在昆明召开。

  • 青海观测站党支部举办建党92周年系列活动。

  • 714日,紫台-汪彗星的发现者葛永良研究员应邀到南京图书馆,为200名南京市民作题为“怎样使用小型天文望远镜观测星星”科普报告。

  • 今夏,为期6天的大学生天文与空间科学技术夏令营在紫台召开。来自祖国各地的45名大学本科生参加了此次夏令营。

  • 620日,国家国防科工局安全生产与保密司司长朱名有应邀在紫台做保密警示教育培训。

  • 7月,紫台科普部利用难得的晴天,为来自国内外的十多位天文爱好者们举办了夜间观星活动。

  • 62日,在紫台研究生部的组织下,特邀刘四明和雷成明研究员与本台研究生开展了一次走进盱眙观测站,深入了解天文学第一线实际观测工作,学习课本以外天文学知识和丰富研究生的科研生活的社会实践活动。

  • 815-17日,国家重点基础研究发展计划(973项目)“利用南极巡天望远镜在超新星宇宙学及太阳系外行星方面的前沿研究”2013年年会在陕西西安召开。

  • 87-11日,国家重点基础研究发展计划项目(973项目)“日地空间天气预报的物理基础与模式研究”2013年年会在山东青岛召开。

  • 96日上午,紫台2013级研究生开学典礼举行。

  • 510日,经中华人民共和国国家版权保护中心审核,紫金山天文台青海观测站申请的《望远镜副面控制软件〔简称:SubctrlV4.0》和《德令哈OTF观测星表生成器软件〔简称:dotgV3.3》二款软件,获得国家版权局颁发的《计算机软件著作权登记证书》,编号分别为软著登字第0548908号和软著登字第0548912号。

  • 924日,科学院条财局装备项目管理办公室主任张红松等带领专项项目监理组,对紫台承担的国家重大科研仪器研制专项项目“太赫兹超导阵列成像系统”进行了首次现场监理。

  • 925日上午,江苏省委十八大精神宣讲团成员,江苏省委党校科学社会主义教研部主任徐民华教授应邀为我台和天光所的广大干部职工作了“弘扬优良作风,战胜不良之风--以高度的政治责任感践行党的群众路线”的主题报告。

  • 919日,中国传统节日中秋节,紫台和苏软教育培训中心合作,在紫金山上举办中秋赏月科普活动。

  • 紫台研究生天文科普兴趣小组荣获“优秀学生社团”称号。

  • 827日,中共姚安县委副书记、县人民政府县长刘建云、县人民政府副县长兼公安局长普永进到紫金山天文台姚安观测站调研。

  • 紫台盱眙观测站及姚骑均等四位同志受省教科工会表彰。

  • 910日,南极天文和射电天文支部组织全体党员进行了集中学习。

  • 911日,青海省海西州直属机关工委陈大海书记一行到基地调研。

  • 914日,姚安县刘建云县长一行7人到紫台调研。

  • 97- 23日,第六届部属研究所职工足球友谊赛,紫台代表队以两胜一平的优异战绩,脱颖而出最终荣获冠军。

  • 929-30日,紫台机关支部组织党员观看《苏联亡党亡国20年祭-俄罗斯人在诉说》电视教育片。

  • 929,行星科学支部组织支部党员开展集中学习和交流,重点学习《论群众路线》和《厉行节约,反对浪费》及习总书记关于党员的群众路线的重要论述摘编等资料。

  • 930日,天力党支部召开“党的群众路线教育实践活动”学习会。

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