天马行空录第26期.pdf

行空录 主办单位：中国科学院上海天文台 2020 年 9 月 30 日 第 26 期 总第 26 期 【科学观测动态】天马望远镜顺利执行“天问一号”VLBI 测定轨任务 2020 年 7 月 23 日，“天问一号”火星探测器发射取得圆满成功。“天问一号”火星探测器进入地火转 移轨道，开始了为期 6 个多月的奔火之旅。8 月 2 日和 9 月 20 日，“天问一号”探测器分别顺利完成了第一 次和第二次轨道修正,继续飞向火星。自发射之日起至 9 月 30 日，天马望远镜已经参加了“天问一号”43 次 的 VLBI 测定轨观测，运行正常。 天马望远镜强大的接收能力，大幅提升了中国 VLBI 网的观测灵敏度。“天问一号”发射之前，天马望 远镜成功进行了设备升级，包括新安装了致冷接收机和变频系统、前置型终端、基准信号锁相传输系统、 GNSS 接收机、水汽辐射计等，进一步提升了“天问一号”VLBI 的测量精度。43 次 VLBI 时延的平均测量精度 为 0.13 ns、时延率测量精度为 0.31 ps/s，均远优于工程技术指标的要求，为“天问一号”的精密测定轨 做出了重大贡献。 后续，天马望远镜作为 VLBI 网的重大设备，将继续执行地火转移段、近火捕获段、停泊段、离轨着 陆、科学探测等各飞行段的 VLBI 测定轨任务。近火捕获完成后，还将利用火星车和环绕器间的同波束 VLBI 观测数据，对火星车进行精密定位，同时对环绕器进行精密测定轨，为“天问一号”科学成果的产出提供精 密轨道支持。天马望远镜团队将继续发扬艰苦奋斗的作风，执行好后续的测定轨任务，为“天问一号”保驾 护航。 注: 此图反映了探测器的位置变化，可用于“天问一号’的定轨和定位。 图 1 天马、北京、昆明、乌鲁木齐四测站六条基线求得的环 绕器 VLBI 时延 注: 平均值为 0.13 ns，远优于工程技术指标的要求。 图2 每次观测的 VLBI 时延测量误差 【科学观测动态】天马望远镜发现示踪大质量年轻恒星天体旋臂吸积流结构的新脉泽 大质量恒星（大于 8M⊙ 的恒星）如何形成是现代天体物理的一个重要研究课题。尽管大质量恒星在宇宙 空间中比小质量恒星少得多（只占恒星总数目的 1% 左右），但却贡献了绝大多数的恒星光度。大质量恒星 快速演化过程中伴生的星际介质反馈及元素核合成过程，推动了其所在星团、甚至整个星系的结构和化学的 演化。 微波和毫米波的脉泽是一种类似于光学激光的非热辐射。天文观测发现它们通常与大质量恒星形成区成 -1- 协，这些脉泽来自致密辐射区域（典型尺度在几到几十个天文单位的气体团块），且亮温度远高于热气体， 是研究大质量年轻星周围（约 1 000 AU）范围内气体运动和星际介质性质等的有效探针。 由广州大学陈曦教授（上海天文台特聘研究员）领导的，包括国家天文台任致远、上海天文台沈志强和 李斌以及南京大学郑兴武的国际合作团队，在天文脉泽与大质量恒星形成的研究方向上取得了重要突破。该 团队利用上海天马望远镜首次在星际空间探测到异氰酸（HNCO）、重水（HDO）和甲醇同位素（13CH3OH）三 种新的分子脉泽，并揭示它们正在示踪大质量恒星形成过程中的由引力不稳定性导致的星周盘碎裂产生的旋 臂吸积流及间歇吸积现象。该现象会导致年轻恒星的光度迅速上升，从而能有效地激发出强的、以前没有探 测到的新的脉泽辐射。此论文于 2020 年 7 月 13 日在线发表于《Nature Astronomy》（自然·天文）。 值得一提的是，无论是旋臂吸积流结构还是脉泽光度爆发现象都被认为是与大质量年轻恒星天体盘的引 力不稳定性有关联，但该项工作是首次从观测上将这两种现象在同一个目标（G358.93-0.03）上有机地结合 在一起，从多角度证实了大质量恒星形成的间歇吸积现象。此外，它还表明，盘调制的间歇吸积可以被认为 是小质量恒星到大质量恒星形成的共同机制。 图3 左图为 3 种新分子脉泽的空间分布；右图为大质量年轻恒星天体星周引力 不稳定盘碎裂引起的旋臂吸积流的示意图，新分子脉泽（由彩色圆点表示）示踪 了两个吸积流旋臂 图 4 天马望远镜监测获得的 3 种脉 泽成分的峰值流量随时间的变化 【技术维护与发展】天马望远镜主动面维护改造 2020 年 5 月至 6 月项目组对天马望远镜的主动面进行了维修，前后更换了 100 余台促动器。此后，对面 板进行了多轮测量和调整，主反射面面形精度达到了 0.3 mm（见图 5）。在更换促动器过程中发现了一些问 题并提出了解决的方案，主要涉及三个问题。（1）零点丢失，我们发现零点丢失是整体行为，因此可以对 个别促动器进行改造，对其外置安装绝对位置传感器（见图 6），以此来实时检测零点丢失。（2）逐步用绝 对编码器的促动器替换目前相对编码器的老促动器，但是替换周期会很长，估计 10 年或 15 年。因此，在很 长一段时间里，相对编码器和绝对编码器的促动器将并存。在这个过程中，软件需要有鉴别处理两种促动器 的能力，并且对不同的促动器进行相应的操作，需要一套完整的检测和控制程序。（3）在拆装促动器后， 面板的安装位置需要有安装工艺控制，如果不注意，会导致初装偏差太大，甚至超出促动器的可调范围，为 此需要采用插尺法（用钢尺插入到面板接缝，下端到促动器上）控制促动器安装前后的误差到 1 mm 量级。 对于这些问题，项目组后续将陆续予以解决。 图5 最佳俯仰角面形精度（0.3 mm RMS） 图6 外置安装绝对位置传感器的促动器 -2- 【技术维护与发展】天马望远镜安装了宽带谱线终端系统 为提高天马望远镜谱线观测带宽以及多波束的观测能力，在中科院修购项目的支持下，项目组进行了宽 带谱线终端系统的研制工作。项目组采购和研制了中频传输电光-光电转换单元、上下变频单元（UDC）、宽 带谱线终端（XFFT）以及高速记录服务器。最终，该系统的传输信号频率范围为 2~18 GHz，终端处理带宽为 2 GHz，设备分别安装于馈源仓和终端房内。设备的框架如图 7 所示，其中高性能服务器仍使用以前的设备。 该系统的核心设备为宽带谱线终端 XFFT。此终端采用高速 ADC 和大容量 FPGA 的架构，其中高速 ADC 工 作模式为采样率 4 096 Msps，采样位数 8 位。此终端在 FPGA 内进行信号的处理工作，项目组开发了 5 种宽带 （2 GHz 带宽）谱线观测模式和 5 种窄带（256/128/32/16 MHz 带宽）高分辨率模式。硬件和 FPGA 开发工作 已完成。 此宽带谱线终端系统安装后，后续结合谱线观测的工作模式，项目组将继续开发控制软件和数据记录软 件，实现自动化的观测和标准的 SDFITS 数据记录。 图7 设备的框架示意图 【技术维护与发展】天马望远镜和 FAST 进行条纹测试 2020 年 9 月 11 日，上海天文台天马望远镜团队、国家天文台 FAST 团队和新疆天文台 VLBI 团队，分别 利用天马望远镜、500 米口径球面射电望远镜、新疆 26 米射电望远镜进行了条纹干涉实验，对射电源 B1133+16.1 进行了联合观测，利用上海天文台处理机对观测数据进行了条纹搜索，成功获得甚长基线干涉测 量（VLBI）干涉条纹。图 8 为条纹的搜索结果。 图8 条纹搜索结果 此次试验中 FAST 采用了 DBBC2 数字采集终端和 Mark5B 记录系统，观测模式采用 8 个 BBC 通道、2 bit、双极化模式，总速率 256 Mbps，具体参数如表 1 所示。 -3- 团队于 9 月 10 日在 FAST 现场进行了终端系统安装（见图 9），对 FAST 信号链路、采集系统、记录系 统、控制系统进行了详细单元测试和集成测试（见图 10），确保了此次试验的成功。 表1 参数 接收机 试验编号 天空频率 开始时间 观测时长 射电源 通道数 通道带宽 bit 量化 极化数目 数据率 观测试验参数表 设置值 L-band f0910l 1400 MHz 北京时间 2020 年 9 月 11 日 14:30 20 分钟 B1133+16.1 8 8 MHz 2 2 256 MHz 图9 终端系统安装在机架 图 10 信号链路图 【技术维护与发展】天马望远镜参加欧洲 VLBI 观测的合作情况 2020 年 6 月 15 日—6 月 18 日，天马望远镜参加了 EVN（欧洲 VLBI 网）SessionII C 波段的常规观测， 在条纹检测实验中得到条纹，并参与了随后所有正式观测。 2020 年 9 月 15 日，天马望远镜参加了 1 次欧洲网实时 VLBI（e-VLBI）。代码为 EX009，观测波段为 C 波段，网络传输带宽 2 Gbps，成功取得干涉条纹。 2020 年 9 月 24 日，天马望远镜参加了 1 次 IVS（国际甚长基线干涉测量服务组织）组织的观测。代码 为 AOV051，观测波段为 S/X 波段。 【技术维护与发展】天马望远镜参加东亚 VLBI 观测的合作情况 2020 年上半年天马望远镜参加东亚 VLBI 网常规科学观测 22 次共约 179 h，其中包括 K 波段（22 GHz） 观测的约 71 h，Q 波段（43 GHz）观测的约 98 h 以及 C 波段（6.7 GHz）测试观测的约 10 h。目前，天马 望远镜已经收到 2020 年下半年观测申请，在满足火星探测和探月任务的前提下，计划向东亚 VLBI 网开放约 100 h 的观测时间。同时，天马望远镜还将完成 C 波段组网性能评估和进行宽带 VLBI 观测测试等。 【观测运行动态】观测情况统计 2020 年 7—9 月，天马望远镜总运行时间约为 1 998 h，其中单天线观测约 897.5 h，VLBI 观测约 511 h， 各项维护及测试约 589.5 h。 中国科学院上海天文台 [网址] http://shao.ac.cn/ 编 辑： 吴 芳 王彩虹 [地址] 上海市徐汇区南丹路 80 号 审 核：刘庆会 [邮政编码] 200030 签 发： 沈志强 -4-