基于月亮闪耀非接触式光学测量方法的天文台址表面层光学湍流强度及垂直分布研究

Construction planning of modern observatory needs the spatiotemporal characteristics of surface-layer (SL) optical turbulence in astronomical sites. Therefore, research of non-destructive optical measurement method based on lunar scintillation, to obtain the SL optical turbulent intensities and vertical profiles in astronomical sites, will be carried on , and include: method of processing data for SL optical turbulence measurement based on lunar scintillation; comparative experiment of DIMM (Differential Image Motion Monitor), MASS (Multiple Aperture Scintillation Sensor) and LuSci (Lunar Scintillometer); site testing expected with LuSci in Antarctica's Dome A, etc. Antarctica's Dome A have unique geographical and atmospheric conditions, which are far different from mid-latitude astronomical sites. The height boundaries of atmospheric SL are low, and a large fraction of optical turbulence is typically concentrated in SL in this site. So, the research achievements could be applied to SL turbulence measurements in Antarctica's Dome A, which would help to understand the optical turbulent characteristics of SL and transition zone, which is between in SL and free atmosphere in this site. This research will provide an important basis for the construction of astronomical site in Antarctica's Dome A, and will be beneficial for astronomical site testing greatly.

现代天文台的建设规划都需要天文台址的表面层光学湍流的时空分布特征。为此本项目将开展基于月亮闪耀非接触式光学测量方法的天文台址表面层光学湍流强度及垂直分布研究，包括：研究基于月亮闪耀测量表面层光学湍流的数据处理方法、研究DIMM、MASS和LuSci的对比试验、拟开展LuSci的南极Dome A试验等。由于南极Dome A具有独特地理和大气条件，其表面层高度低和表面层光学湍流强，与中纬度天文台址的表面层光学湍流特征形成强烈对比。因此可以将此研究成果应用于南极Dome A表面层光学湍流测量，有助了解南极Dome A表面层光学湍流特征，及南极Dome A表面层和自由大气层之间的过渡区光学湍流特征。从而为我国正在开展的南极Dome A天文台建设提供重要依据。同时这个工作也将对我国开展的其它地方的天文选址工作大有裨益。

天文学家经过长期不懈努力，确立：在中国大陆西部高原上，阿里、稻城和慕士塔格址点是中国大型光学红外望远镜的优秀候选台址；在南极高原上冰穹A地区是地面上最好的天文台址之一，并在其上建设成中国南极昆仑站。当前在这些台址上，天文学家正在规划建设现代大型光学红外望远镜，并配置地面层自适应光学系统。事实上，天文台址的大气光学湍流主要集中在近地面，近地面大气光学湍流的补偿能够提供更宽的观测视场和天空覆盖，近地面大气光学湍流廓线能够用于验证地面层自适应光学系统性能。.鉴于近地面大气光学湍流的特征数据对天文大科学光学装置规划运行的重要参考价值，本项目开展基于月亮闪耀非接触式光学测量方法的天文台址表面层光学湍流强度及垂直分布研究，包括：研究基于月亮闪耀测量表面层光学湍流的数据处理方法、多通道弱信号采集的试验、及研究DIMM、MASS和 LuSci的对比试验等。.本项目搭建的LuSci特点包括：实拍月亮图像计算权重函数，直接计入月亮相位和其相对基线的夹角的影响；采用宽温硅光电二极管，薄膜电容，同时对探测器模块电路板大面积铺地，并将硅光电二极管、信号线、探测器模块电路板、数据采集卡放置在铁盒内，最终屏蔽大功率的工频及其倍频干扰，实现LuSci有效运行。.在兴隆站DIMM和MASS结果表明：在测量期间自由大气湍流主要集中在0.5千米高空处，整个大气视宁度和自由大气视宁度演化一致。在盱眙站DIMM和MASS结果表明：在测量期间近地面大气光学湍流演化平稳，大气光学湍流主要集中在近地面。在稻城无名山址点DIMM和LuSci结果表明：在测量期间近地面大气光学湍流演化平稳，大气光学湍流主要集中在近地面，DIMM和LuSci测量结果一致性好。.在本项目研究成果基础上，有助于研究基于双星波前闪耀测量大气光学湍流廓线的原理和数据处理方法，发展太阳闪耀仪和开展天文台址的白日近地面大气光学湍流特征的研究。