科學家提出一種改正光譜大氣吸收的方法

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近期，《天文和天體物理學研究》（Research in Astronomy and Astrophysics）在線發表了中國科學院云南天文臺博士盧開興及其合作者的研究成果。該研究基于云南天文臺麗江天文觀測站2.4米望遠鏡光譜觀測的定標需求，提出了一種改正光譜大氣吸收的新方法，改正精度達1%。
       大氣吸收是消光的一種，是大氣中各成分對電磁波輻射的選擇吸收。地基望遠鏡觀測記錄下來的是天體輻射的電磁波與大氣層相互作用后的信號。在可見光波段，由于水汽和氧氣等對固定能量的光子進行選擇吸收，使得觀測數據中出現明顯大氣吸收帶（如下圖）。
      改正大氣吸收獲得真實的科學數據是大部分地基望遠鏡觀測活動必經的定標過程。傳統的大氣吸收改正方法需要在科學目標觀測前后，在附近天區觀測大氣吸收標準星。基于小視場的時域觀測研究中，該方法將占用大量的望遠鏡觀測時間。此外，該方法無法在完全同時的觀測條件下觀測科學目標和標準星、天氣和望遠鏡指向狀態等的變化，導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站2.4米望遠鏡的長縫光譜儀，將科學目標和在其周圍選取的比較星（恒星）放入狹縫同時觀測，從而同時獲得傳播穿過了完全相同大氣層的目標和比較星光譜。結合恒星物理研究建立的恒星模板光譜庫，或LAMOST和SDSS光譜巡天建立的恒星光譜數據庫，該研究采用觀測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。兩個天體在同一長縫同時觀測，具有完全相同的觀測條件，如傳播經過的大氣層和望遠鏡指向狀態等相同。因此，模板匹配獲得的大氣吸收譜可用來改正觀測光譜的大氣吸收。
       利用活動星系核氧發射線流量恒定的特點，該研究通過精心設計，選取紅移上滿足氧發射線落入水吸收帶的活動星系核開展時域觀測，測得氧發射線流量曲線。通過計算大氣吸收改正前和改正后氧發射線的流量彌散，對新提出的光譜大氣吸收改正方法進行評估，發現該方法對光譜大氣吸收的改正精度為1%。對于具備長縫光譜儀的地基望遠鏡觀測，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查了麗江天文觀測站的大氣吸收特性，發現大氣吸收深度主要由大氣視寧度、觀測目標的高度和季節性水汽含量變化調制。這些規律也是所有天文觀測臺址共有的大氣吸收性質。
      研究工作獲得國家自然科學基金、中科院西部青年學者、云南省基礎研究專項面上項目的支持。

      地基望遠鏡天文觀測的大氣吸收示意圖。左上角是麗江天文觀測站大氣吸收譜（左上），來自遙遠天體（右上）輻射的電磁波經過大氣層后，被望遠鏡觀測記錄下來（左中），觀測光譜中存在多個大氣吸收帶（下）

                                                                                                                                                          本篇轉至中科院之聲