NIAOT OpenIR  > 中国科学院南京天文光学技术研究所  > 学位论文
多目标太阳系外行星搜寻技术的研究
张 凯
Subtype博士
Thesis Advisor朱永田
2010-12
Degree Grantor中国科学院研究生院
Degree Discipline天体物理
Keyword太阳系外行星 外部色散干涉技术 Lamost光谱仪 固定延迟迈克尔 逊干涉仪 视向速度 干涉光谱 旋向量 外差效应 移相法
Abstract
自从1995 年M. Mayer 和D. Queloz 发现第一颗太阳系外行星51Peg b 以来,搜寻太阳系外行星已经成为国际天文学的热门课题之一。至今,被发现和确认的系外行星已近500 颗,其中,超过80%的行星是使用视向速度法发现或确认的。高分辨率阶梯光栅光谱仪是视向速度法最常用的探测仪器,随着探测精度的提高,这种仪器要求更加苛刻的工作环境和更加高昂的研制费用。1997 年,DavidJ. Erskine 发明了一种视向速度法的改进技术—外部色散干涉技术EDI。该技术通过将固定延迟迈克尔逊干涉仪与中分辨率光谱仪组合使用,能够有效地提高中分辨率光谱仪的视向速度探测精度。LAMOST 望远镜拥有4 米有效口径和5平方度大视场,配备16 台低分辨率光纤光谱仪。这些光谱仪能切换到中分辨率模式,分辨率达到R=5,000-10,000。通过引入EDI 技术提高LAMOST 光谱仪的视向速度探测精度,充分发挥LAMOST 大视场、多目标的优势,有望成为世界上具有威力的多目标太阳系外行星搜寻系统之一。

对于国内的天文仪器研制领域,EDI 技术是一项全新技术,它不同于寻常的光谱技术和干涉技术。经过广泛深入的调研,2009 年在所内光谱实验室完成一项EDI 原理的可行性实验,验证了EDI 技术的工作原理。并设计一个基于LAMOST 的多目标太阳系外行星搜寻系统方案,系统主要由LAMOST光谱仪、固定延迟迈克尔逊干涉仪、碘盒单元和光纤切换单元组成。在课题研究过程中,根据这个方案主要进行三项工作:

第一,EDI 工作原理的仿真,主要包括恒星光谱模型、干涉仪透过率模型、光谱仪调制模型和视向速度解算模型。为了更符合实际,对EDI 技术中两种探测方式—时域和空域移相法——都进行了模拟。在干涉光谱的分析中,利用傅里叶变换算法把干涉光谱分解为一个寻常光谱和两个旋向量谱。通过将其中一个旋向量谱与寻常光谱合并,还原出更高分辨率的光谱。
 
第二,基于LAMOST 光谱仪的EDI 样机研制和实验。EDI 样机主要由LAMOST 光谱仪和多目标干涉仪样机所组成。在设计过程中,采用诸如模块化、紧凑式镜室和内/外部调节架等措施,减少光谱仪中心遮拦和弧形狭缝造成的光能损失与仪器探测误差。2010 年,干涉仪样机在兴隆观测站与LAMOST 进行了对接实验,分别检测EDI 样机系统在球透镜模式和柱面镜模式的像质,获得多目标干涉光谱,并初步测试数据处理程序和仪器的稳定性。

第三,固定延迟迈克尔逊干涉仪的参数优化。通过这项研究能够有效地提高干涉仪本身的热稳定性,有助于缓解仪器对外部环境的苛刻要求。借鉴大视场迈克尔逊干涉仪在上层大气风场研究领域的应用,设计一个玻璃配对筛选方案来达到优化参数的目的。现有方案通过选择合适的干涉臂参数能够使温度变化引起的视向速度误差控制在~100m/s/℃范围内。

综上所述,开展EDI 技术的仿真、样机的研制和干涉仪的参数优化工作,有助于深入地研究EDI 技术,为研制基于LAMOST 的多目标太阳系外行星搜寻系统奠定理论基础和积累经验。搜寻太阳系外行星不仅具有十分重要的天体物理学研究意义,而且与地外生命探索紧密相连,关系到人类的未来发展。通过研制这套系统,能够使LAMOST 为国际天文学做出更大的贡献。

Subject Area系外行星探测
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/112
Collection中国科学院南京天文光学技术研究所_学位论文
天文光谱和高分辨成像技术研究室_学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
张 凯. 多目标太阳系外行星搜寻技术的研究[D]. 中国科学院研究生院,2010.
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