中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

天文高分辨率光谱的高精度定标技术支撑着视向速度法探测系外行星、精细结构常数的宇宙学变化测量等领域的研究，有着重要的科学意义。当前这些领域的前沿科学目标（如类地系外行星探测等）对定标精度提出了新的要求：重复性定标精度需优于0.1 m s-1，绝对波长定标精度需优于20 m s-1。

这是传统的定标技术所无法满足的。要实现这样高的定标精度，需要从多方面进行突破，尤其是发展新型定标源以及研究它们的定标方法。

兴隆2.16-m望远镜高分辨率光纤光谱仪（HRS）是我国视向速度法探测系外行星的重要仪器。随着天文光梳等新型定标源在HRS成功配置，HRS的视向速度测量精度有条件实现进一步提升。另一方面，由我国进行研制的西班牙加纳利大望远镜（GTC）高分辨率超稳定光谱仪已完成立项，该仪器重复性定标精度的研制目标优于0.1 m s-1。因此，关于定标技术的研究还具有迫切的现实意义。

本论文对天文高分辨率光谱的高精度定标技术展开了研究，聚焦于新型波长定标源的定标方法，以及与定标精度紧密相关的线扩散函数的高精度刻画。主要内容包括：

1. 基于Python语言开发了一套天文高分辨率光谱仪的数据处理程序，实现了从二维光谱到一维定标光谱全流程的功能，包括本底的合并与扣减、平场曝光的合并与拼接、光谱仪级次的追迹、背景光的扣减、一维光谱的抽取、以钍氩灯为定标源的波长定标等，是后续所有工作的基础。

2. 利用天文光梳提高了HRS的定标精度。从绝对定标精度和重复性定标精度两方面展开了研究并进行了实际测试。结果表明，光梳波长解的均方根误差依不同级次达到了25～75m s-1，与钍氩灯相比有着2～8倍的提升；重复性定标的奇偶模分组测试测得0.1 m s-1的短期重复性定标精度，基本达到了光子噪声极限。证明了分时定标方法严重限制了光梳在HRS

的定标能力，有必要在HRS开发双通道同步定标系统。研究了梳齿交叠对定标精度的影响。发现梳齿交叠会同时增大线心拟合的系统误差和随机误差。对于其中的系统误差，提出了非对称采样修正方法，修正后各级次波长解均方根误差最大减小了15 m s-1左右。

3. 利用法布里-珀罗标准具（FPE）提高了HRS的绝对定标精度。研究了FPE绝对波长定标的方法并在HRS进行了实际测试。FPE透过峰波长未知，通过将钍氩灯与FPE相结合，以钍氩灯为FPE提供波长信息，再利用FPE密集、规则分布的透过峰自身的特性修正钍氩灯波长信息中的误差，在不借助傅里叶变换光谱仪等额外的精密测量设备的情况下完成了 FPE的绝对波长定标。结果表明FPE波长解的均方根误差达到了27 m s-1。

4. 提出了用于精确刻画天文高分辨率光纤光谱仪线扩散函数（LSF）的主干-残差（backbone-residual；BR）模型。使用钍氩灯作为LSF采样定标源，在HRS进行了LSF刻画实验。实验结果表明，HRS的LSF在主色散方向变化显著大于交叉色散方向变化，同时存在整体向右倾斜的不对称性。提出了一个利用交叉验证光源定量求解LSF刻画精度的方法。以天文光梳作为交叉验证光源，通过实际测试求解了HRS的LSF刻画精度。结果显示

BR模型的LSF刻画精度在全测试波段为LSF峰值的0.006，其中测试波段三分之二区域的LSF刻画精度可达0.0047，证明了BR模型用于LSF精确刻画的优势。