望远镜入瞳上单星象的多孔径闪耀的研究

澳大利亚选址组的研究结果显示南极Dome C是地面上最好的天文台址，2005年我国南极科考队最先登录的内陆最高点Dome A（南极昆仑站）被国际天文界一致认为极可能是比Dome C更好的天文台址。中国南极天文中心组织的Dome A选址工作也初步证实Dome A作为天文台址的巨大优势。但我们还缺少Dome A自由大气层视宁度、等晕角、湍流强度廓线等重要天文选址参数，而通过测量望远镜入瞳上单星象的多孔径闪耀就能够直接获得以上数据。为此本项目将研究望远镜入瞳上单星象的多孔径闪耀测量原理，主要包括：研究单星象多孔径闪耀的数据处理方法、研究同心圆环孔径的几何大小对算法和测量结果的影响、研究DIMM和MASS的对比试验等，以达到提高此方法的测量速度和精度。并首次在南极Dome A展开MASS试验，期待在国际上首次获得Dome A的视宁度和湍流廓线分布等数据，为中国南极望远镜的研制提供重要依据。

天文选址是国际天文界发展的重要领域之一，其理论研究和实测技术在近十几年中得到快速发展。天文光学湍流是天文选址中需要评估、测量的重要参数之一。目前主要有两种方法直接测量天文光学湍流。一种利用光波波前相位起伏，如差分图像运动监测仪DIMM。另一种利用光波波前闪耀，如多孔径闪耀传感器MASS。.本项目研究已经达到预期目标：研究利用小望远镜入瞳上单星象的多孔径闪耀，以测量低分辨率湍流廓线和自由大气视宁度的理论基础；综合差分图像运动理论和单星闪耀理论，发展湍流廓线仪。由于天文选址理论和探测器技术快速发展，利用新探测器替代旧探测器，涌现出新型湍流廓线仪。例如：在单星闪耀理论指导下，利用电子倍增电荷耦合器件EMCCD替代光电倍增管PMT，从而将原先MASS更新为小口径单星闪耀仪，而且相对MASS，小口径单星闪耀仪的机械和光学结构更加简单和紧凑，尤其适合天文选址。因此基于技术最新进展，一方面，本项目参照项目计划书执行；另一方面，本项目展示出新思路，完善和跟进其重要目标。.在本项目执行期间取得如下研究成果：①完成望远镜入瞳上单星象的多孔径闪耀的原理和数据处理方法的研究，包括湍流谱理论，单星象闪耀率，视宁度、等晕角和闪耀率关系，相干时间和闪耀率的关系，及湍流廓线反演方法。②完成光子计数器的方案设计、MASS软件设计、MASS算法和算法验证。③完成恒星闪耀的多孔径滤波理论的研究，包括：理论分析和数字模拟。④在单星闪耀理论指导下，利用EMCCD替代PMT，完成将原先MASS更新为小口径单星闪耀仪的可行性研究。⑤完成DIMM的数值模拟与对比实验研究。⑥基于MASS权重函数理论，引入DIMM权重函数，展示出构建新型便携式光学湍流廓线仪的新思路。