基于中国VLBI网的脉冲星高精度天体测量学研究

脉冲星的脉冲周期具有极高的稳定性，通过对其作长期的计时观测分析可获得其周期、距离和自行等参数，这对于太阳系天体动力学、银河系电子密度分布和中子星物理等基础研究，以及在深空航天器定位方面的应用研究，都具有重要意义，然而单靠计时观测所达到的精度仍不够，目前国际上在积极开展VLBI相位参考在此项研究中的应用。我们于08年9月首次成功地利用中国VLBI网对脉冲星B0329+54进行了相位参考观测并获得了高精度的位置参数，这不仅证明CVN有能力实施这类观测，也证明我们初步掌握了相关的技术、理论和数据分析方法。但是利用此技术确定这些参数，要开展多历元测量；为提高信噪比和扩大观测样本，需要在相关处理机中引入脉冲门技术；为提高参数精度，需要深入分析各类误差源的影响、优化资料解析方法。这些都是脉冲星VLBI相位参考技术的关键问题。本项目将基于已有基础，在开展实验观测同时，深入研究这些关键问题，有望获得突破。

除计时方法外，脉冲星的高精度天体测量参数也能由VLBI确定，这对于研究银河系电子密度分布、中子星物理以及太阳系天体动力学和参考架连接等有重要意义。尽管国际上已经开展了脉冲星VLBI观测与研究，但是考虑到其重要工程实用价值和军事战略意义，我国有必要对脉冲星进行自主观测与参数测定，并且中国VLBI网(CVN)目前已经基本具备了脉冲星的观测能力。本项目即是基于CVN的脉冲星观测研究。基于该网的上海25m、乌鲁木齐25m和昆明40m的3天线在S波段右旋偏振通道上，我们对脉冲星B0329+54、J0534+2200和毫秒脉冲星 J1939+2134、J1713+0747先后进行了多次观测。观测中利用Mark5B的8个通道，总记录速率为1024Mbps，为目前CVN可实现的最高速率。但是目前CVN的相关分析中心的软硬件处理机暂时未配置脉冲星观测中重要的脉冲门技术，尤其辐射较弱的毫秒脉冲星,无该技术将难以成图。我们借助于上海天文台的多个服务器平台，成功安装了集群模式下的DiFX软件处理机系统。该系统具备读取和准备Mark5实测数据信息，准备相关处理的输入和运行相关处理以及条纹检测和后处理等功能。基于该处理机系统，在脉冲星观测处理中成功应用了脉冲门技术，大大提高了观测的信噪比，并对MSPJ1939+2134进行成图，在考虑了各种误差修正后，获得其高精度位置参数。与早期已发表结果比较分析发现，其早期测定的天体测量参数存在较大误差，其新的自行参数也将于近期确定，而视差参数也有望在今年的持续观测后获得。.通过本项目工作，我们已能独立完成并熟练掌握了从观测计划的申请、观测纲要编制、基于DiFX的相关分析以及后处理等完整的工作流程。尤其攻克了基于集群模式下的DiFX的脉冲门技术的难题，这对于我们后续开展基于CVN 的脉冲星观测以及其他天文观测打下了坚实基础。尽管我们在技术方面都已经攻关，但鉴于脉冲星在S波段的低流量，CVN的台站目前仅上海25m、乌鲁木齐25m和昆明40m三站能实施天文观测，信噪比有限，难以获得多个脉冲星特别辐射更弱的毫秒脉冲星的位置、自行等参数。此外，经过我们多次开展的观测情况体会到，CVN网的观测计划的安排实施及流程的标准化距离国际网尚有差距，还需要各方面有效的协调才能保证观测的顺利进行，我们在这方面提出合理的建议，这对于CVN顺利开展天文观测具有重要意义。