天文光谱和高分辨成像技术研究室

天文光谱和高分辨成像技术研究室简介

天文光谱和高分辨成像技术研究室致力于天文仪器新技术和新概念天文仪器的研究,主要研究方向包括地外行星探测技术方法、极大望远镜科学仪器技术方法、南极光学红外恒星干涉仪、天文光谱仪器新技术等。

研究室依托大科学工程LAMOST研发了世界上规模最大的多目标光纤光谱仪集群;为国内多台天文望远镜配备了光纤引导高分辨率阶梯光栅光谱仪,已建和在建的高分辨率光谱仪所安装的望远镜包括:兴隆2.16米望远镜,LAMOST望远镜,山大1米望远镜和国际SONG项目望远镜,这些高精度高稳定性光谱仪不仅可以用于恒星化学元素的丰度分析,还被用于恒星视向速度高精度测定以进行地外行星搜索,其中国家天文台兴隆观测站2.16米望远镜高分辨率光谱仪视向速度好于6米/秒;研究室为子午工程研制了磁子午面极光光谱仪;并且为多个科研单位研制了空间载荷地面光学检测设备包括大口径平行光管和景物模拟器等。在以上项目实施过程中开展了多项测试方法和单元技术研究工作包括光栅全参数检测,光纤微透镜胶合,大口径快焦比相机集成和检测方法,像切分器技术及集成视场三维光谱技术等。

1989年中国科学院南京天文光学技术研究所率先开展了恒星长基线光干涉仪关键技术研制,1994年获得初步结果,并通过了专家组的验收。在此基础上又开展了光学综合口径技术的研究。目前研究室和南京理工大学联合发展中国南极天文恒星光干涉相关技术,推动我国高分辨率天文观测研究。

研究室自2007年开展了系外行星直接成像技术研究,已成功研发出了适用于不同结构望远镜的高对比度星冕仪,实验成像对比度在2~5λ/D 处达到10-7,该实验结果与国际同类研究小组水平相当。

太阳系外行星的探测已成为当今国际天文学热点课题,因其与地外文明的搜寻密切相关,使得该领域的研究具有广泛的公众关注度。目前已发现有580多颗恒星周围存在行星(共计700多颗),主要是通过多普勒效应和凌星法等间接方法探测到的。已探测到的行星多数为气态巨行星和木星质量级别的热星,尚未有类地行星被发现。欲进一步了解行星的大气环境及化学组成等重要物理信息需要直接成像技术以探测来自行星的光子,并进一步作光谱分析来获取。然而,对太阳系外行星进行直接成像极具挑战性。行星与其主星辐射对比度相差悬殊,就像探测灯塔旁边的萤火虫非常困难。加之望远镜孔径的衍射,行星微弱光将被淹没在恒星的极强背景光之下而无法被探测到。高质量的星冕仪能够将来自恒星的强衍射光有效的消除或压制到特定区域,而在行星所在区域内实现高对比度成像,从而为实现系外行星的直接探测提供了可能。实验室内配有两个高精密光学气垫隔振平台,多台可见光、近红外波段氦氖激光器和高质成像CCD。自主研发出了多种透过率调制滤光器,并具有用于特级自适应光学系统的可变形镜两套,以及主动调制光瞳的液晶光调制器等设备。基于实验室高对比度成像平台,先后发展了光瞳透过率渐变调制技术、光瞳相位调制技术、基于液晶阵列的实时光瞳调制技术、焦平面点扩散函数图像探测及校正技术、偏振相减图像处理技术、科学观测数据的处理技术等。其中,基于实际望远镜研发的星冕仪实验系统能够很快的安置于现有望远镜之上,并对系外行星进行实际成像。该系统的研究成果成功入选了2009年度“十大天文科技进展”。该研究团队还开展了用于高对比度成像的特级自适应光学系统的初步研究,并基于该系统获得了极高对比度暗区成像。目前正积极通过国际合作申请观测时间,研发的高对比度星冕仪将有望最终安装于合适的望远镜之上来对太阳系外行星进行实际成像。