观测经历

[在Caltech观摩Keck II远程观测]

(本文为观测经验部分试稿:除了常规的文章介绍之外,我们很希望各位有过观测经历的同学能够介绍一下你的观测经验,注意事项,以及观测中各种有意思的事情,毕竟观测是天文学的核心,而国内的同学普遍缺乏观测经历,这样的分享会是非常有意义的事情。本文中有很多细节无法一一解释,请对自适应光学不熟悉的同学参考我们的链接。)

在加州理工大学傅海师兄的帮助下,有幸能来观摩Keck望远镜的远程观测,虽然听上去很帅的样子,但现实就是Caltech天文系大楼一楼的一间小小办公室。Mauna Kea上面的很多望远镜都已经实现了常规的远程观测,一个月前,我来这里观摩了夏威夷大学的88英寸望远镜的观测,使用IFU(积分场光谱仪)观测红移1左右的AGN。这次是看他们用Keck II望远镜上面的NIRC2(近红外波段照相机)来观测红移3左右的亚毫米波星系。我其实没有大望远镜的观测经历,只能在这找找观测的感觉,随便写点儿我看到的东西,权当抛砖引玉吧。


Obs1

Fig.1: 观测室位于加州理工大学天文系所在地 Cathill Center 1楼一间普通的办公室里,只有这一排华丽的显示器突出了他的不同,这三块屏幕把天文学家和千里之外的望远镜连在了一起,气象信息,圆顶状态,导星视场,观测日志都能一目了然


Obs2

Fig.2: 摄像头沟通了Pasadena和Mauna Kea:左上为实时显示的Mauna Kea 圆顶观测室的状况,观测助手可以随时和你沟通观测中遇到的问题;右上为Pasadena观测室;下方是位于Mauna Kea山下的另一个专门属于Keck II望远镜的控制室,这三块屏幕告诉你,一切尽在掌握之下。

观测的准备其实从写proposal的时候就应该已经完成一半了,你要有明确的科学目标,你的源经过了细致的选择,你对你申请的望远镜有了很好的了解,从望远镜的主要特性,你所希望使用的仪器等等,像Keck这样的武装到牙齿的望远镜有着非常丰富的仪器选择,这也意味着在开工前你有大量的功课要做,网站上大量具体的资料文档还是不要嫌麻烦,耐心读过,做到心中有数的好。当你的proposal有幸被接受,新的准备就要开始了,你需要明确在你观测的那天你的源什么时候升起,什么时候落下,什么时候上中天,当天有没有月亮,你的源在最佳观测时间离月亮多远等等等等。非常多的细节会影响到观测的策略,比如,今天虽然是接近满月,一般认为非常不利于测光观测,但由于月亮在近红外波段没有那么亮,还是可以容忍的。准备过程中,Keck或者其他望远镜也会提供一些工具帮助你来准备观测,比如计算曝光时间,制作Finding Chart等等。说起Finding Chart (认证图,参见如SDSS的认证图工具),这是来观摩观测的最大收获,以前在216或者丽江做观测,因为就是简单的成像或者是长缝光谱观测,Finding Chart就是一幅以目标为中心的DSS或者是SDSS天区截图;但是如果你在Keck观测,尤其是需要使用自适应光学的时候,考虑的东西会多出很多:自适应光学是利用波前高频校正改正大气波动的手段,是观测高红移源的利器,对于Keck有两种情况,利用天然星作为引导星(NGS)或者是利用激光束制造一个人造引导星,虽然听上去有了后者一切都好办,但并不是你的激光想指哪里都可以的,当激光会影响到其他望远镜观测的时候不能用,当有飞机活动,有火箭发射的时候(今天晚上就因为和其他望远镜发生冲突,终端5秒钟的情况)。。即便是使用激光导星, 依然有很多需要注意的地方,倾斜镜参考星(tip-tilt reference star:具体请参阅文后关于自适应光学的介绍)的选择,因为是近红外观测,为了消除坏相元和天光的部分影响,需要考虑副镜摆动模式(dither pattern:同样请参考文后给出的介绍文章),具体的细节无法在这里一一说的很清楚,就用一张实际观测的Finding Chart来说明问题吧(见下图4,关于近红外观测有太多的细节,感兴趣的请见文后的参考链接吧)。仅仅是一晚上的观摩,学到的东西还很不系统,仅仅是零敲碎打的描述下观测的严肃性,做一个认真的天文学家,没有比观测更需要认真准备的事情了吧


Obs3

Fig.3: AO观测下的恒星像,怎么样,和你以前看到的不一样吧,什么叫Airy disk,理解的很直观吧。


Obs4

Fig.4: NIRC2观测认证图:使用的是SDSS图象,中心为目标源位置,什么都看不到是因为目标太暗,不在SDSS范围内(这也是为什么要造Keck的原因啊)。图象中最外面的虚线是设备的AO范围,那条奇怪的曲线反应的是设备实际“有用”的范围,现实总是残酷的,即便是Keck的设备,也会有无法解决的尴尬问题,不过天文学家们已经学会了利用精心的布置和旋转视场来适应现实;中心的方形曲线为实际观测视场;外面标注的亮星为AO观测用的tip-tilt星。

值得一提的是,在很多大望远镜,比如SubaruGeminiVLT都使用了很严格的管理的情况下,Keck还是保持着比较“Old Fashion”的做法,让天文学家做主,保持相当的自由度,比如观测当晚,我们实际上可以通过和望远镜观测助手的沟通改变观测序列,甚至变更观测目标,这样的好处自然不必说,有经验的观测者们往往可以根据实际情况做出优化的调整,甚至灵感爆发,改变观测细节,但代价自然是增加了犯错误的机会,要知道对于Keck望远镜,如果把维护费用平坦到观测时间中,每一秒就是1.4美金,真的是连敲命令手慢一点儿都会觉得罪恶的啊。

就写到这吧,既然是抛砖引玉,我这个观测小白就不自作多情了。这里想带给大家的无非就是两个概念,第一,观测很有意思,第二,观测很严肃;虽然远程观测看不到星星,更看不到望远镜缓缓指向目标,但庄严的敲下一行命令,过半个小时,在显示器中看到红移等于3的星系含羞现身,还是一件很快乐的事情的。

(BTW: 好玩的是,在上一篇文章的回复中,在CfA的王涛学长介绍了一种亚毫米波星系负K改正带来的好玩应用,今天就得到了更深刻的体会,所有今天晚上的目标都是通过亚毫米波观测选出的“过亮”的源,这些星系都是被引力透镜放大了10倍左右,因而可以用Keck做很好的近红外follow-up观测,更好的限制星系的恒星质量和谱能量分布,怎么样,好玩吧)

参考资料:

  • 1. 自适应光学的到来,很好的中文AO科普:http://bolide.lamost.org/report/rep27.htm
  • 2. Mauna Kea不再闪烁的星光: http://bzhang.lamost.org/website/archives/mauna_kea_detwinkle_wainscoat/
  • 3. 主动光学与自适应光学: http://bzhang.lamost.org/website/archives/modern_instr_ao/
  • 4. 近红外观测-dither的重要性:http://www.aoc.nrao.edu/~whwang/chinese/randomwalk/2-6-2005-dither.htm
  • 5. 以WIYN望远镜为例解释倾斜镜(tip-tilt)技术: http://www.noao.edu/noao/noaonews/jun99/node2.html
  • 6. 现代大型光学望远镜一览:http://www.astron.sh.cn/telescope/modern.html
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    9 thoughts on “[在Caltech观摩Keck II远程观测]

    1. 目前哪个软件包提供曝光之后的dithering处理呢?
      光学波段的

      Posted by robinmartin | 四月 16, 2011, 8:29 下午
      • HST有multidrizzle包,概念上是可以用于任何数据的,但多数人还是会自己写code做的

        Posted by astroleaks | 四月 16, 2011, 9:29 下午
      • 一般这种望远镜都有dither patten, 就是dither的shift是一定的,可以用IRAF的相关命令 imalign, imcombine 一般够用。如果视场中有点源,也可以用点源计算中心,算相应的shift。不过如果场有几何上的扭变(一般大视场或HST WFC3都有这个,就是(x,y)-> (RA, DEC))不是同一个,会随着视场中的位置变化,这个就得改正。HST有multidrizzle, 可以改变ACS, WFC3的,只要download相关文件。地面的就得自己用星星做拟和,我也没做过了。

        Posted by Zheng Cai | 四月 16, 2011, 11:58 下午
        • 恩,我们今天用的是9个点的pattern,中间一个,外边一圈8个,网站上看到各种pattern,居然还有人用8字型的,当然是纯搞笑用的。。。今天最大的收获就是最后操作了2个实例,挺好玩的,要把源移到响应好的quater上,还要不能让tip-tilt star 在dither的时候进入视场,又是转,又是平移的,很好玩。

          Posted by astroleaks | 四月 17, 2011, 12:08 上午
        • 哦 我遇到的就是地面望远镜的星象因为大气的tiptilt不停在视场里面漂移,这个dithering可能还不是固定的。看来要自己编个程序试试了

          Posted by robinmartin | 四月 18, 2011, 8:59 上午
    2. 你是观测小白的话,那我们是神马?瞎子……

      Posted by 2mblping | 四月 16, 2011, 7:46 下午

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