云南 1.8 米望远镜高分辨光谱仪 介绍及试观测结果 中国科学院云南天文台丽江天文观测站 中国科学院南京天文光学技术研究所 中国科学院光电技术研究所 中国科学院国家天文台兴隆天文观测站 报告人：常亮 2015年5月22日 Lijiang Observatories.

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1 云南 1.8 米望远镜高分辨光谱仪 介绍及试观测结果 中国科学院云南天文台丽江天文观测站 中国科学院南京天文光学技术研究所 中国科学院光电技术研究所 中国科学院国家天文台兴隆天文观测站 报告人：常亮 changliang@ynao.ac.cn 2015年5月22日 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强

2 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 各单位任务分工 项目执行情况 测试结果 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强

3 § 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 背景及意义： 1 ） 1.8 米望远镜是中科院光电技术研究所的一架用于自适应光学技术开发研究的实 验和 4 米望远镜的前期关键技术测试平台；根据光电所与云南天文台 2007 年所签 订的《关于高美古建设 1.8 米望远镜观测室的合作意向书》，在满足光电所完成 科研任务和保密性的前提下，该望远镜可用于天文观测，并预留两个 Coude 房给 云南天文台； 2 ）充分利用天文仪器资源：兴隆 216 望远镜增加了一台高色散光纤光谱仪，其分辨 率和折轴光谱仪接近， 1.8 米望远镜的 coude 焦点很适合该折轴光谱仪； 3 ）天文学家的需求：高色散光谱观测是研究各种恒星的元素丰度、星震、类太阳活 动、恒星大气和星周环境、系外行星等国际前沿课题的重要手段，对研究恒星内 部结构和演化、星系和宇宙的演化有重要意义，但高色光谱观测通常必须使用较 大口径的光学望远镜。我国目前较大口径的光学望远镜只有兴隆观测站的郭守敬

4 § 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 望远镜和 2.16 米望远镜、丽江观测站的 2.4 米望远镜和 1.8 米望远镜。但长期以来 我国只有 2.16 米望远镜和山东大学的 1 米望远镜配备了高色散摄谱仪，远远不能 满足我国开展高色散光谱观测研究的需求；目前丽江 2.4 米望远镜正在安装高色 散光谱仪，预计 2015 年 7 月完成安装； 4 ）观测时间充足：因为自适应光学观测主要在每天的日落后和日出前的几个小时进 行，午夜前后约 5 个小时左右可以用于天文观测； 5 ）充分利用 1.8 米望远镜开展恒星元素丰度、震动、磁活动、系外行星等国际前沿 课题的研究，提高我国天体物理实测研究的原创能力和国际竞争力，同时提高我 国实测天体物理后继人才的培养质量，并为 1.8 米望远镜的军事科研到达以民掩 军的目的； 6 ）为 4 米望远镜的天文观测提供技术积累。

5 § 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 光学系统： ** 典型 Cassegrain 结构，主镜为 抛物镜，两个次镜均为双曲面。 **Coude 焦 : F/# = 89 Nasmyth: F/# = 12 设计视场： **Nasmyth:0.6°×0.6° **Coude:±2′ ** 主镜通光口径： Φ1760mm 焦比： F/1.5 ** 次镜结构遮拦：＜ Φ300mm 地平式机架， 望远镜总重量大约 25 吨； 水平轴：直接力矩电机驱动 垂直轴：四个摩擦电机 望远镜总高度： 7.2m 回转半径： 6.0m

6 § 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 天文观测室和 Coude 房位置平面图

7 § 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 天文观测室和 Coude 房 （ 2010 年）

8 § 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 升级改造内容： 1 ） 216 旧折轴摄谱仪由原南京天文仪器研制中心 1994 年完成研制，自 1994 年 11 月正式 投入使用以来，到 2010 年使用 16 年，阶梯光栅等关键光学部件已老化，需要更换 或重新镀膜，并且限于当年的条件，一些部件并不是最理想的，利用目前技术已 可以对其进行升级改造，使其处于较理想工作状态； 2 ）鉴于该摄谱仪蓝臂的焦距很短，无法找到合适的 CCD 相机，因此改造工作只就红臂 及其相关的光学部件进行； 3 ）光谱仪主体：阶梯光栅更换；透、反射镜镀膜； 4 ） 1.8 米望远镜： 消旋器的改造： 216 望远镜是赤道式的，而 1.8 米望远镜是地平式的，消旋模式不 同，而且大气色散方向与狭缝的夹角会随时间变化，需要进行改造；

9 § 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 跟踪系统： 1.8 米望远镜是地平是望远镜，其运动控制主要针对快速运动天体，其控 制模式与赤道的 216 望远镜差别较大，需要验证跟踪系统是否适合天文观 测的需要； 5 ）缝前装置研制： 缩焦器的研制： 216 折轴光谱仪的入射焦比为 f/45 ， 1.8 米望远镜焦比为 f/89 ，需要为 折轴光谱仪设计缩焦器； 定标系统研制：改变传统方式，采用定标灯由光纤引入光谱仪的技术，更方便装调； 狭缝监视系统设计

10 § 项目实施意义及 1.8 米望远镜介绍 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 1.8 米望远镜高色散光谱仪理论参数： 波长范围： 560nm-1100nm 光谱分辨率： 37000@0.5mm slit ，对应天空角 1.3“ Slit 手动可调，调节范围 0-5mm PI CCD VersArray2048B: 2048*2048,13.5um/pixcel

11 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 Mode: low noise Gain typeRead-out modeGainRead-noise g3 (*)fast1.35 ± 0.02 e¯/ADU7.14 ± 0.10 e¯ rms g3low1.24 ± 0.02 e¯/ADU2.73 ± 0.05 e¯ rms g2fast2.63 ± 0.04 e¯/ADU7.58 ± 0.13 e¯ rms g2low2.41 ± 0.03 e¯/ADU3.22 ± 0.05 e¯ rms g1fast4.93 ± 0.06 e¯/ADU8.67 ± 0.12 e¯ rms g1low4.55 ± 0.11 e¯/ADU4.44 ± 0.11 e¯ rms Mode: high capacity Gain typeRead-out modeGainRead-noise g3fast6.04 ± 0.18 e¯/ADU27.51 ± 0.84 e¯ rms g3low5.53 ± 0.24 e¯/ADU9.82 ± 0.44 e¯ rms g2fast12.77 ± 0.98 e¯/ADU32.33 ± 2.50 e¯ rms g2low10.45 ± 0.38 e¯/ADU11.90 ± 0.44 e¯ rms g1fast22.06 ± 084 e¯/ADU36.30 ± 1.41 e¯ rms g1low20.08 ± 0.88 e¯/ADU 18.44 ± 0.82 e¯ rms

12 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 各单位任务分工 中国科学院云南天文台丽江天文观测站： * 负责缝前装置的设计，安装和调试，包括缩焦器，定标系统和狭缝监视系统； * 负责协调各参与单位，制定时间节点，全程参加整个搬迁改造工作，负责 1.8 米望 远镜天文观测性能测试，高色散光谱仪性能测试等。 中国科学院南京天光所： * 光谱仪主体安装调试，全部光学部件重新镀膜，光栅的购买； 中国科学院光电技术研究所： * 1.8 米望远镜性能调试：确定望远镜光轴，精跟踪系统研制等； 中国科学院国家天文台兴隆天文观测站 * 参与仪器的搬迁工作和验收；

13 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 项目执行情况 1 ）项目酝酿期： 2011 年 -2012 年 6 月：各单位初步分工，基本工作开始； 2 ）项目正式启动： 2012 年 6 月 17 日郝台与成都光电所签署的《 1.8 米望远镜天文应用协 议》，改造兴隆基地 2.16m 望远镜旧折轴阶梯光栅光谱仪，搬迁并安装到 1.8 米望远镜上进 行恒星高色散光谱观测，研究恒星震动、磁活动，以及探测系外行星等课题，充分利用 1.8 米望远镜。标志着项目正式启动。 3 ）所内调试： 2012 年 5 月 -7 月，云南天文台完成缩焦器的光学和机械设计， 8 月份开始在 南京天光所加工并调试，同时光谱仪部分开始在兴隆基地拆卸并运送到南京天光所进行光 学部件的清洗镀膜等改造，购买新的阶梯光栅等； 2012 年 8 月 -9 月，云南天文台完成缝前装置的设计加工及调试； 2012 年 10 月 -11 月，南京天光所在南京完成光谱仪的两次装调，实验室内装调结果满足设 计要求。

14 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 项目执行情况 缩焦器 定标及导星系统

15 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 项目执行情况 丽江天文观测站调试： 4) 2012 年 12 月 15 日，折轴光谱仪运抵丽江观测站， 12 月 16 日 -28 日，南京天光所，云南 天文台及成都光电所相关工程师完成光谱仪的安装调试，并与 1.8m 望远镜联调， 2012 年 12 月 24 日晚，光谱仪出光，得到恒星光谱，之后又根据观测情况进行了仪器的微调。标 志着光谱仪主体部分调试初步完成。 1.8m 折轴光谱仪获得的 HIP 24436 恒星光谱 1K*1K PICCD

16 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 项目执行情况 光谱仪主体调试完毕后，白老师，王磊老师到 丽江检查项目进展情况 5 ） 2013 年 1 月 23 日，国家天文台兴隆基地的李红斌，王汇娟老师将原用于兴隆观测站 的日本东京工业大学 PI 2048x2048 LN CCD 相机一套移交给丽江观测站并在 1.8 米望 远镜现场测试，工作正常，临时用于折轴光谱仪的数据采集。李红斌、范玉峰各代国 家天文台兴隆观测站和云南天文台丽江观测站在移交确认单上签字。

17 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 项目执行情况 6 ） 2013 年 1 月 24 日下午，常亮，李红斌，廖周，王汇娟，在 1.8 米望远镜会议室讨论 了光谱仪的工作状态，以及急需解决的问题和下一步工作计划。 7 ） 2013 年 3 月 -10 月，完成了定标系统自动控制，天文观测室正式启用， 1.8 米望远镜 第 8 镜完成编码带的安装。 8 ） 2013 年 10 月 6 日， 4 家单位到派代表检查望远镜以及光谱仪工作状态， 10 月 7 日， 4 家单位根据项目进展情况在丽江签了备忘录， 10 月 8 日，郝台到丽江检查项目进展 情况并听取了项目进展汇报。 9 ） 2013 年 11 月，鲜主任亲自到丽江参加 1.8m 望远镜光轴的校准调试，确定了望远镜 天文 Coude 房光轴的位置，常亮进行检查确认，并通知南京天光所派人根据光轴位 置重调光谱仪。 10 ） 2014 年 1 月，根据最终光轴位置，南京天光云南天文台所派人到丽江在 2014 年春 节前一天完成了光谱仪的调试。

18 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 项目执行情况 11 ）根据 2013 年 10 月 7 日的备忘录， 2014 年 3 月 -7 月，成都光电所，云南天文台，国台 兴隆站相关技术人员完成了利用狭缝监视系统获取目标星脱靶量的望远镜精跟 踪系统，经过测试，该系统不能很好地实现望远镜精跟踪，并且观测效率低， 决定利用 tip-tilt 方法重新研制望远镜精跟踪系统。 12 ） 2014 年 8 月 7 日，常亮在 2m 镜运行会议上介绍了 1.8 米高色散光谱仪的工作进展。 13 ） 2014 年 9 月，云南天文台完成定标系统谱线与星光谱线重合的调节，误差 1 pixcel 以内；

19 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 项目执行情况 14 ） 2014 年 11 月 23 日，成都光电所完成精跟踪系统（ tip-tilt ）的装调，并进行初步测 试； 11 月 25 日，白金明，常亮，廖舟和张居甲对精跟踪系统的工作状态进行详细 检验，证明精跟中系统工作状态良好。 分别对不同方位的星（方位相差约 90 度）持续观察，所有目标都成功导入狭缝中 心，并且在 30 分钟内位置没有变化，目标源如下： 目标源名称 检测时长 望远镜方位，高度 星等 HIP10064 30 分钟 56, 73.5 3.0 HIP12862 30 分钟 141, 63 6.04 HIP2313 30 分钟 239 ， 67 8.94 HIP7767 60 分钟 328 ， 71 6.84 HIP11784 15 分钟 296 ， 58 5.15 15 ） 2014 年 11 月 26 日至今，在 Coude 房安装了除湿机， UPS 电源，定标系统外壳涂 黑，更换两台服务器，并对星测试，验证整个系统性能。

20 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 项目执行情况

21 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 测试结果 我们利用张华伟，刘玉娟两位老师的观测目标对 1.8m 望远镜高色散光谱仪进行了 试观测，测试结果如下： G99_21, V=10.35 mag, 曝光 1 小时, 光谱分辨率 30,000,( 狭缝 0.61mm) 拍摄时间 2015 年 1 月 3 日， 5760Å-9000Å 范围内信噪比 ≥50 (Gain=1.35e-/ADU)

22 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 测试结果 44 个级次谱线抽取孔径图， G99_21 ， V=10.35mag ， 3600s

23 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 § 测试结果 BD121924, V=9.37 mag, 曝光 1 小时, 光谱分辨率 30,000,( 狭缝 0.61mm) ，拍摄时间 2015 年 1 月 3 日， 5760Å-9000Å 范围内信噪比 ≥90 (Gain=1.35e-/ADU)

24 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 初步结论： 1 ） 1.8 米望远镜在使用 tip-tilt 精跟踪后，望远镜满足天文光谱观测要求； 2 ） 1.8 米望远镜高色散光谱仪红端安装完成后，适合做恒星相关的观测研究，不 适合做高精度视向速度的研究； 3 ） 1.8 米望远镜的测试结果为未来 4m 镜天文观测积累了技术经验。 4 ）如果条件允许，是否考虑把蓝端光谱仪也进行搬迁改造？？？？ 5 ）希望各位天文学家使用 1.8m 望远镜观测。

25 Lijiang Observatories Yunnan Observatory of CAS 严谨求实 勤奋自强 谢谢各位！