科學(xué)家提出一種改正光譜大氣吸收的方法

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近期，《天文和天體物理學(xué)研究》（Research in Astronomy and Astrophysics）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)博士盧開(kāi)興及其合作者的研究成果。該研究基于云南天文臺(tái)麗江天文觀測(cè)站2.4米望遠(yuǎn)鏡光譜觀測(cè)的定標(biāo)需求，提出了一種改正光譜大氣吸收的新方法，改正精度達(dá)1%。
       大氣吸收是消光的一種，是大氣中各成分對(duì)電磁波輻射的選擇吸收。地基望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)記錄下來(lái)的是天體輻射的電磁波與大氣層相互作用后的信號(hào)。在可見(jiàn)光波段，由于水汽和氧氣等對(duì)固定能量的光子進(jìn)行選擇吸收，使得觀測(cè)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)明顯大氣吸收帶（如下圖）。
      改正大氣吸收獲得真實(shí)的科學(xué)數(shù)據(jù)是大部分地基望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)活動(dòng)必經(jīng)的定標(biāo)過(guò)程。傳統(tǒng)的大氣吸收改正方法需要在科學(xué)目標(biāo)觀測(cè)前后，在附近天區(qū)觀測(cè)大氣吸收標(biāo)準(zhǔn)星?；谛∫晥?chǎng)的時(shí)域觀測(cè)研究中，該方法將占用大量的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)間。此外，該方法無(wú)法在完全同時(shí)的觀測(cè)條件下觀測(cè)科學(xué)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)星、天氣和望遠(yuǎn)鏡指向狀態(tài)等的變化，導(dǎo)致光譜大氣吸收的改正精度不高。
        該研究中，研究人員利用麗江天文觀測(cè)站2.4米望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)縫光譜儀，將科學(xué)目標(biāo)和在其周圍選取的比較星（恒星）放入狹縫同時(shí)觀測(cè)，從而同時(shí)獲得傳播穿過(guò)了完全相同大氣層的目標(biāo)和比較星光譜。結(jié)合恒星物理研究建立的恒星模板光譜庫(kù)，或LAMOST和SDSS光譜巡天建立的恒星光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，該研究采用觀測(cè)比較星光譜匹配恒星模板光譜的方法，獲得比較星的大氣吸收譜。兩個(gè)天體在同一長(zhǎng)縫同時(shí)觀測(cè)，具有完全相同的觀測(cè)條件，如傳播經(jīng)過(guò)的大氣層和望遠(yuǎn)鏡指向狀態(tài)等相同。因此，模板匹配獲得的大氣吸收譜可用來(lái)改正觀測(cè)光譜的大氣吸收。
       利用活動(dòng)星系核氧發(fā)射線流量恒定的特點(diǎn)，該研究通過(guò)精心設(shè)計(jì)，選取紅移上滿足氧發(fā)射線落入水吸收帶的活動(dòng)星系核開(kāi)展時(shí)域觀測(cè)，測(cè)得氧發(fā)射線流量曲線。通過(guò)計(jì)算大氣吸收改正前和改正后氧發(fā)射線的流量彌散，對(duì)新提出的光譜大氣吸收改正方法進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)光譜大氣吸收的改正精度為1%。對(duì)于具備長(zhǎng)縫光譜儀的地基望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，該方法具有普適性。此外，研究人員還利用大氣吸收改正前的氧發(fā)射線流量曲線和從比較星模板光譜匹配中獲得的一系列大氣吸收譜調(diào)查了麗江天文觀測(cè)站的大氣吸收特性，發(fā)現(xiàn)大氣吸收深度主要由大氣視寧度、觀測(cè)目標(biāo)的高度和季節(jié)性水汽含量變化調(diào)制。這些規(guī)律也是所有天文觀測(cè)臺(tái)址共有的大氣吸收性質(zhì)。
      研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院西部青年學(xué)者、云南省基礎(chǔ)研究專項(xiàng)面上項(xiàng)目的支持。

      地基望遠(yuǎn)鏡天文觀測(cè)的大氣吸收示意圖。左上角是麗江天文觀測(cè)站大氣吸收譜（左上），來(lái)自遙遠(yuǎn)天體（右上）輻射的電磁波經(jīng)過(guò)大氣層后，被望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)記錄下來(lái)（左中），觀測(cè)光譜中存在多個(gè)大氣吸收帶（下）

                                                                                                                                                          本篇轉(zhuǎn)至中科院之聲