裴冲、陈华林、袁祥岩、崔向群 2016-1-15 盱眙. 提纲 南极天文台址概况 1 基于波前到达角起伏的光学湍流 参数测量方法 DIMM 2 基于单星多孔径闪耀的光学湍流 廓线测量方法 MASS 3.

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1 裴冲、陈华林、袁祥岩、崔向群 2016-1-15 盱眙

2 提纲 南极天文台址概况 1 基于波前到达角起伏的光学湍流 参数测量方法 DIMM 2 基于单星多孔径闪耀的光学湍流 廓线测量方法 MASS 3

3 France/Italy, 2005 南极天文台址概况 Zhongshan USA, 1957 France/Italy, 2005 中国， 2009~2014 12 － 15 人 5 － 10 年实现越冬 South Pole （ 2835m ） Dome C （ 3250m ） Dome A （ 4100m ） Dome F （ 3810m ） Ridge A （ 4053m ） 寒冷干燥 自由大气视宁度好 连续极夜 大气透过率高 天光背景低 低风速 尘埃少，无人工光源干扰

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5 DOME A 安装过的选址仪器 小型亚毫米波望远镜 pre-HEAT （ 2008 ，中国极地研究中心、 Arizona 大学、紫金山天文台） 声雷达 SNODAR （ CCAA ， University of Auckland, NZ ， UNSW ） NIGEL 天光光谱仪（ 2016 ， UNSW ， CCAA ） 云量望远镜 GATTINI II. （ Steward Observatory ， Caltech Optical Observatories ， CCAA ， UNSW ） CSTAR 获得天光背景、云量数据（ 2006 年 -2007 年） DIMM 获得白天视宁度数据（ 2012 年） 自动气象站（ 2015 年，国家天文台南极组）

6 天文光学台址参数测量方法（视宁度、等晕角、相干时 间、外尺度、湍流强度廓线等） 从天文角度定义不同湍流层

7 抖动 闪耀 A. Tokovinin, Models of the ground layer and free atmosphere at some sites

8 DIMM ：原理 赤道仪 基座基座 主镜筒 CCD1 寻星镜 CCD2 DIMM 自动化运行控制软件： 软件运行环境： ubuntu 自动寻星 自动导星 自动实时数据处理和存储。 控制赤道仪运行 服务程序，远程控制 用户界面，可视化操作 DIMM 自动化运行硬件条件： 子孔径大小： 5cm 或 10cm 寻星镜视场： 6.45°x 6.45° 像元大小 0.7 ’’ ，主镜视场： 24’ x 24’ ；或像元大小 0.3 ’’ ，主镜 视场： 10’ x 10’ ；

9 过程 结果 湍流集中在地面处湍流集中在高空 10km 处 FFT-SH 生成的相位屏 DIMM 入瞳处恒星光波光强分布 DIMM 焦平面处恒星图像 DIMM ：数值模拟 陈华林，裴冲，袁祥岩，崔向群，光子学报，差分图像运动监测仪的数值模拟与 对比实验研究

10 中国科学院天文台站设备更新及重大仪器 设备运行专项 “ 南极冰穹 A 视宁度测量及仪 器研制 ” （ 2010.8~2012.8 ） 监测日期 时间 SeeingZ 最大值 (″) SeeingZ 最小值 (″) SeeingZ 中值 (″) SeeingZ 平均值 (″) 最高分布 区间 (″) 最高分布 区间统计 点数 12.1.181.2240.3250.8410.8240.87~0.9722% 12.1.201.7570.4770.8870.9250.72~0.8327% 12.1.21- 22 1.8380.2600.8380.9490.7~0.819.7% 南极 Dome A DIMM 的大气视宁度数据 Chong Pei, Zhengyangg Li, Hualin Chen, Xiangyan Yuan, Preliminary daytime seeing monitoring at Dome A, Antarctica, Astrophysics from Antarctica, Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium, Volume 288, pp. 296-297, 2012. 裴冲，袁祥岩，陈华林，汪达兴，赵建林，温海坤，李正阳，南极冰穹 A 首台自动视宁度检测仪的研制，天 文学报， Vol.52 ， No.5 ， 401-412 页， 2011. DIMM ：南极 Dome A 测量 Dome C DIMM

11 兴隆观测站 DIMM （ 2011 年 10 月） 南极泰山站 DIMM （ 2014 年 2 月） DIMM 对比实验，兴隆。（ 2014 年 4 月） 新疆天文台 DIMM （ 2014 年 11 月） 稻城 DIMM （ 2015 年 12 月） DIMM 其他台址运行

12 Hualin Chen, Chong Pei, Xiangyan Yuan, A Multi-Aperture Scintillation Sensor for Dome A, Antarctica, Astrophysics from Antarctica, Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium, Volume 288, pp. 309-310, 2012. 湍流和闪耀率 权重函数 孔径函数 光谱函数 MASS ：原理 空间滤波器的正常或差分权重函数曲线 a b

13 使用谱技术模拟随机相位屏 利用 Fresnel 传递函数模拟波前传播 横坐标表示相同强度的单层湍 流在不同高度移动，纵坐标为 反演出的自由大气视宁度与输 入视宁度的比值 横坐标表示相同强度的单层湍流在不同高度移动， 纵坐标为湍流高度。竖棒的长度表示反演出的固 定高度处相对湍流强度 两种空间滤波器都可以应用 于低分辨率湍流廓线和自由 大气层视宁度的测量。 MASS ：数值模拟

14 2 种空间滤波器对比分析 单星闪耀的噪声分析 目的：高性能相机 替代瞳孔分割镜和 光电倍增管 XIMEA MR285MC-BH 望远镜入瞳上单星象的多孔径闪耀的研究 ， NSFC ， 2012.1~2014.12 MASS ：方案 EMCCD 提高天空覆盖 零曝光校正

15 2015 年 9 月， MASS 、 DIMM 兴隆 观测实验 MASS 圆点标定板图 2015-09-19 ， MASS 入瞳处 波前强度。相机 8×8 硬融合， 曝光时间为 2ms ，观测目标 星 capella （ -0.51 星等） MASS 光路图

16 MASS ：实验结果 2015-09-19 2015-09-20

17 GSM 原理、实验 2014/4/24-29 ，兴隆，两台相同配置的 DIMM 南北排列，中心间距为 1m ，构成 GSM 波前外尺度：测量不同基线的波前到达角起 伏的二维空间协方差与差分波前到达角起伏的 方差之比，并将其拟合到各自理论曲线上。 通过测量到达角时间结构函数，直接获得到 达角的相干时间。

18 于 2014/4/24-2014/4/26 夜间，在国家天文台兴隆观测站，当 Vega 、 Alkaid 和 Dubhe 恒星在中天 附近时，进行 GSM 测量大气光学湍流

19 PML 原理、实验 2015/02/03-04 ，兴隆 平均湍流廓线

20 谢谢！