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科研动态

国家天文台科研人员首次构建超长波天空模型

发表日期:2021-07-26来源:放大 缩小

  频率在30 MHz以下的超长波波段是电磁波天文观测的一个几乎全新的观测窗口。受到地球电离层的吸收和折射,以及地面射电干扰的严重影响,该频段很难在地球、甚至近地轨道上进行观测。迄今为止只有几个在地面和月球轨道上进行的非常低分辨率的观测,没有清晰的全天天图。超长波这一新的电磁窗口不仅将为我们揭示银河系与星际介质的结构、宇宙线起源与传播机制、河外射电星系与星系团的演化、太阳活动与行星磁场等重要问题,其中更蕴藏着宇宙黑暗时代的物质分布信息,从而填补可观测宇宙的最后一段空白,为宇宙起源提供重要线索。 

  为了打开这一新的窗口,近期国内外都在竞相推动相关的观测计划。在设计超长波观测的新仪器、制定观测策略以及测试分离前景和信号的算法时,人们一直缺乏一个适用于超长波的天空模型。特别是对于超长波天文干涉阵列(“鸿蒙计划”)和未来的月基超长波阵列,由于天线单元有限,较为精确的天空模型对高分辨率的成像结果至关重要。 

  近日,国家天文台丛艳平、岳斌、徐怡冬、陈学雷、黄啓志(博士已毕业)、左世凡(博士已毕业)等科研人员研究了超长波特有的星际介质吸收效应,首次构建了一套适用于超长波波段的天空模型ULSAUltraLong-wavelength Sky model with Absorption)。研究发现,在超长波波段,特别是频率低至1 MHz的时候,天空形态呈现出显著区别于高频的特征:由于吸收效应,银盘变得很暗,而高银纬反而比较亮,这与高频正好相反。此外,由于电子分布的复杂性,在天图上还可看到明显的结构特征,比如旋臂的阴影和旋臂之间的空隙对应的较亮部分,以及若干较近的HII区产生的较大“暗斑”。 

  本研究工作已正式发表于国际天文学期刊《天体物理学报》(Yanping Cong et al 2021 ApJ 914 128https://doi.org/10.3847/1538-4357/abf55c),ULSA软件及数据可在https://github.com/Yanping-Cong/ULSA下载。论文发表后,超长波观测领域先驱Joseph Alexander先生特来信表示祝贺。 

  目前,超长波天空模型仿真系统已用作“鸿蒙计划”端到端观测模拟与仿真系统的输入模块,为未来的超长波实验仪器设计、观测策略制定、数据分析和科学解释提供重要的依据。

 

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   ULSA模型给出的10-0.1 MHz之间的全天天图

 

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