LAMOST天体光谱巡天

文章着重介绍了中国自主创新的LAMOST望远镜以及所取得的光谱巡天成果。LAMOST是一种新型的反射施密特望远镜,它突破了大规模光谱巡天所需要的大视场兼备大口径望远镜的技术瓶颈,成为世界上天体光谱获取率最高的望远镜。自2011年10月到2014年6月,LAMOST获得了413万条天体光谱,其中有378万条恒星光谱和包括220万条恒星光谱的参数星表。     

一种快速求红移和证认谱线的新方法--伪三角法

对于河外天体，谱线证认和红移确定是光谱分析的第一步。本文在仔细分析天体光谱特点的基础上，提出了一种全新的求红移和证认谱线的新方法--伪三角法。该方法利用最强的三根谱线的波长信息构造“三角形”，通过将最大角的“余弦”与已知模板的“余弦”表相匹配，反推得到相应的标准谱线波长，并进而得到红移值。通过这个红移值，可以得到所有的谱线的标准位置，这就相当于谱线证认。结果表明：这种方法在大大减少运算量的同时，保持了较高的正确识别率和极低的误识率。这对海量光谱数据的处理具有重要的意义。同时，该方法立意新颖，简单明了，容易实现。缺点是对于谱线少于3根的光谱以及噪声很大的光谱不能有效地处理。     

基于局部均值的K-近质心近邻光谱分类

天体光谱包含着许多重要的关于天体的物理和化学信息,如天体表面的有效温度、重力加速度以及化学丰度等,天体光谱的处理和分析对天文研究具有重要的科学意义。一些大型巡天计划的实施(如SDSS,LAMOST等)使我们获得了海量的天文光谱数据,因此天文光谱数据的自动分类成为重要的科学研究课题,然而面对如此海量的光谱数据,一些传统的光谱自动分类方法已经不适用,迫切需要寻找高效率的光谱自动分类技术。研究了基于局部均值的K-近质心近邻(local mean-based K-nearest centroid neighbor,LMKNCN)算法在恒星(Star)、星系(Galaxy)和类星体(Quasar,QSO)的光谱分类中的应用。LMKNCN算法的基本思想是根据近质心近邻原则,从每一类训练样本集中为待测样本点选取k个近质心近邻点,然后根据每一类中所选取的k个近质心近邻点的均值点到待测样本点x的距离来判别x的所属类别。针对美国SDSS-DR8的天体光谱数据,对比了K-近邻、K-近质心近邻、LMKNCN三种算法在恒星、星系和类星体的光谱分类中所表现的性能,结果表明三种方法中,LMKNCN算法对这三种光谱的识别率高于其他两种算法或者与其相当,而且其平均分类正确率高于另外两种算法,特别是在类星体的识别率上表现的更好。表明了该算法对天文光谱大数据的快速处理和有效利用具有重要的意义。     

从照相底片到CCD

 天文学是古老而又生机勃勃的科学。在历史上，从人类有文字记录开始，天文学就诞生了，各个古老文明都为之做出了贡献。在400多年前的第一次天文学革命中，伽利略用望远镜代替人眼来观测天空，这场革命直接导致牛顿发现万有引力定律并建立力学理论，由此诞生了现代天文学，并且促进了整个现代科学体系的建立。在170年前的第二次天文学革命中，用照相底片和光谱仪这样的探测器代替了人眼来记录观测现象，使得人类第一次能够认识天体的物理性质和化学组成，由此诞生了天体物理学，并发展成为当代天文学的主流。在70年前的第三次天文学革命中，诞生了射电天文学和空间天文学，为人类打开了认识宇宙的"新窗口"，天文学从地面发展到了空间，从光学波段发展到了射电、红外、紫外、X射线和伽马射线等全部电磁波段。     

光纤转动引起光纤光谱效率变化与改正

光纤的焦比退化(focal ratio degradation)是光纤光谱效率损失的重要原因之一。光纤在安装和每次定位过程中,光纤的转动和扭曲会引起光纤焦比退化发生变化,从而改变光纤的传输效率,每根光纤由此造成的传输效率变化都会存在差异。而这样的效率差异无法用通常天文观测中使用的晨昏天光平场或者圆顶平场改正。减天光是光纤光谱数据处理中决定光谱质量的重要环节。减天光处理要求对不同光纤的传输效率进行归一化处理,以扣除不同光纤之间传输效率差异导致的天光背景测量的误差。对于与天光背景亮度接近乃至更暗的观测目标而言,光纤传输效率的改正精度决定了减天光的精度。测试了LAMOST望远镜光纤转动对光纤传输效率的影响情况。在检查了光谱中天光发射线强度与光纤传输效率的关系,和验证了光纤效率变化与波长变化相对独立的基础上,提出并且证实了通过测量各光纤中天光发射线强度作为光纤相对效率变化量来改正光纤效率差异的方法是可行的。这种方法已经被应用到LAMOST二维光谱处理当中。     

基于质量估计的恒星大气参数的自动测量

近些年海量恒星光谱数据的获取使得恒星三个基本参数（表面有效温度Teff,表面重力log g,金属丰度[Fe/H]）的自动测量方法研究成为一个重要的研究课题,相应对恒星大气物理参数测量的研究将对科学家研究宇宙演化等重大科学问题具有重要的意义。但是目前国内外针对此问题所做的研究并不是很广泛深入,且已有的一些方法还不能够完全准确地估计出恒星的大气物理参数。因此本文研究了一种基于质量估计的恒星大气物理参数自动测量方法,该方法计算量比较小,其主要思想是首先建立一些质量分布,将原始光谱数据经过质量估计算法映射到新的质量空间,然后在质量空间利用支持向量机回归对恒星的三个基本物理参数进行估计。在实验中,从SDSS-DR8光谱数据库中选择部分实测光谱数据来进行训练和测试,并将该方法预测出的参数结果与SSPP给出的参数值进行了对比,取得了比较理想的结果。实验结果表明, 该研究方法的准确率更高,预测结果更稳定,训练所用的时间短,在恒星大气物理参数自动测量上是行得通的,可以有效地测量恒星的大气物理参数。     

一种新的活动星系光谱红移自动测量方法

星系红移的自动测量对进行大样本天文学研究如宇宙学大尺度结构研究具有重要意义。星系一般分为正常星系和活动星系两种,活动星系光谱一般具有较明显的发射线特征。文章提出了一种不用精确提取谱线而快速测量活动星系光谱红移的方法。该方法包括步骤：(1)对待测光谱进行去噪;(2)利用小波变换提取低频成分光谱,并用去噪后光谱减去低频谱得到残差谱;(3)计算残差谱的均方差,并保留大于阈值的波长集合(4)根据标准谱线表计算所有候选红移;(5)利用Parzen窗估计方法计算红移密度最大点,并在邻域内求均值确定最终红移。对模拟数据和SDSS DR7部分实测数据的测试表明,该方法是鲁棒的并且具有较高的红移测量正确率。     

光谱分辨率和信噪比对光谱线指数测量精度的影响

分析光谱分辨率和信噪比对19个Lick原子吸收线指数测量精度的影响。采用高斯卷积方法,将光谱变换到不同分辨率下,通过测量并比较光谱在不同分辨率下的线指数值探究分辨率改变对线指数测量精度的影响;通过向光谱叠加符合不同高斯分布的随机噪声方法,将无噪理论光谱改变到不同信噪下,通过测量并比较光谱在不同信噪比时的线指数值分析信噪比对线指数测量精度的影响。结果表明：改变光谱分辨率能够引起线指数测量值的变化,此变化程度依赖于分辨率的改变程度,且此依赖关系对不同指数呈不同变化趋势;信噪比对线指数测量精度的影响随信噪比的降低而增大,当信噪比高于25时,此影响可忽略。     

SKLOF:一种新的超新星候选范围约减算法

超新星是宇宙学中的“标准烛光”, 其在星系中爆发的概率很低, 是一种特殊、稀少的天体, 只有在大量观测的星系数据中才有机会遇到, 而正处于爆发期的超新星会照亮其整个星系从而在观测获得的星系光谱中具有较明显的特征。但是, 目前已发现的超新星数量相对于大量的天体而言又是非常稀少的, 搜寻它们所用的计算时间成为能否进行后续观测的关键, 因此需要寻找高效率的超新星搜寻方法。对超新星候选范围进行约减的LOF算法的时间复杂度较高, 计算量大, 不适用于大规模数据集。为此通过对LOF算法进行改进, 提出了一种在海量星系光谱中快速约减超新星候范围的新方法(SKLOF)。首先对光谱数据集中离中心点近的数据点进行数据剪枝, 剪掉那些肯定不是超新星候选体的光谱数据对象, 然后利用改进的LOF算法计算剩余的光谱数据的孤立性因子并降序排列进行离群搜索, 最后获得超新星候选体的较小的搜索范围以便进行后续的证认。实验结果表明, 该算法十分有效, 不仅在精确度上有所提高, 而且相比于LOF算法还进一步缩短了算法的运行时间, 提高了算法的执行效率。     

Statistical analysis of Fe abundances gradients in the Galaxy

Using the high precision data of the proper motions and parallaxes from Hipparcos catalogue, we obtained the orbital parameters of 1302 stars in the Galaxy based on the mass distribution model provided by Allen and Santillón. Fe abundances of 1295 stars among our samples were analyzed. With the correlation analyses between [Fe/H] and orbital parameters, we obtained that the Fe gradient is - 0.057 ± 0.007 dex/kpc along the direction of the maximum galactocentric distance (hereafter DG_max) in the range of 8.5 kpc < DG_max < 17 kpc. We also got the result that the vertical gradient is steeper than the radial gradient. Furthermore, we divided the samples into two subgroups: giants and dwarfs; F, G and K stars; and then analyzed them respectively. Our results show that the gradient becomes flatter and flatter from giants to dwarfs, from F type to G and K type stars. We also divided the samples into disk and halo stars using maximum vertical distance Z_max = 1 kpc as the criterion and got the result that the abundances of the disk stars are much higher than that of the halo stars. Our work suggests the existence of the galactic gradient and supports those chemlcal evolution medels which show that the halo was formed before the disk at the early stage of the Galaxy.