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Galaxy Forum China - Beijing: 参加赫歇尔20111208

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Galaxy Forum China - Beijing: 参加赫歇尔20111208

  1. 1. 中国参加的 赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 黄茂海 中国科学院国家天文台With materials contributed from: Matt Griffin: SPIRE;Albrecht Poglitsch: PACS;Thijs de Graauw: HIFI;Göran L. Pilbratt: Herschel; Tanya Lim: SPIRE/PACS, ESA public web pages
  2. 2. 威廉赫歇尔 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  3. 3. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  4. 4. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文
  5. 5. 宇宙中一半辐射能量在远红外 / 亚毫米波 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 Goran Pilbradt 微波 红外线 可见光 紫外 X 射线 γ 射线
  6. 6. 天文学可以用来探测宇宙的电磁波谱 不透明 透明 γ 射线 X 射线 紫外 可见光 红外线 微波 短波中波 甚低频 大气层吸收 大气层部分或全部吸收 电离层吸收 必须到空间进行观测! 波 长 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  7. 7. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  8. 8. 伽马射线: Integral 望远镜 4 吨 5 米长 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  9. 9. X 射线: Chandra 望远镜 4.6 吨 18 米 XMM- 牛顿望远镜 3.8 吨 10 米长20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  10. 10. 光学:哈勃望远镜 11 吨 2.4 米口径20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  11. 11. 紫外: IUE , FUSE 约 1 吨, 0.4 米口径20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  12. 12. 红外:赫歇尔望远镜 3.5 米口径 韦伯望远镜 6.2 吨 6.5 米口径20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  13. 13. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 • IRAS (1983) – 57 cm – 巡天 • ISO (1995-98) – 60 cm – 天文台 • Spitzer (2003-) – 85 cm – +5 years – 天文台 • AKARI (2006-07) – 69 cm – +1 years cold, warm mode in use – 专用望远镜 Herschel 红外空间天文台 • Herschel (2009-13) – 3.5 m 口径 – 55-672 µm 工作波长 – warm telescope – 通用天文台
  14. 14. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 历史和地位 • 欧洲空间局为持续发展制定了名为“ Horizon2000” 的长 期科学探测计划 • 赫歇尔是其中四个旗舰性的“基石” ( Corner stone )项目之一 • 是多用户的大型红外和亚毫米波段空间天文台 – 欧盟、美国、加拿大、日本参加,对世界开放 • 集 ESA 以前多个大型航天观测航天器的经验 – 综合 IUE, 哈勃望远镜 ,XMM, Integral, Rosetta, 和红外领域的上 一代卫星: 80 年代的 IRAS, 90 年代的 ISO – 体现了科学探测航天探测器和科学仪器在功能、性能、可靠性等 方面的世界最高水准 – 在工程管理和规划方面体现了欧洲有条不紊、严密细致、贯穿一 致的风格。
  15. 15. 赫歇尔研制历史 • FIRST 可行性研究 : 1982-83 • 科学计划委员会批准成为第 4 个基石项目执行 : 1993.12 • 系统概念论证通过,项目批准: 1997.07 • 探测仪器载荷建议向科学界公开招标 (AO) 1997.10 • 飞行计划和有效载荷初步论证通过,选定各仪器 PI: 1998.05 • 确定了有效载荷配置主要细节 1999.02 • 向企业招标( ITT )建造卫星平台和望远镜本体 1999.03 • FIRST 改名为 Herschel 2000.12 • Alcatel 中标总承 , 签约实施 2001 • Phase B 详细设计开始 (SRR:2001.10, PDR:2002.3) 2001.04 • Phase C/D ( 制造阶段 ) 开始 2003. 初 • 振动样机 , 低温样机研制 , CDR 2003~04 • 服务舱、仪器舱、望远镜的低温和电性样机测试 2005 • 服务舱、仪器舱、仪器、望远镜正样交付 : 2006/07 • 第一次观测提案收集 (AO): 2007.02.01 • 整星装配完成 2008.05 • End-to-End 测试 2008.07 、 09 • Arrive Kourou Feb 2009 ; • Launch: May 200920111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  16. 16. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 Herschel 主要科学目标 • 宇宙早期星系形成和演化 • 恒星形成和星际介质(巡天和高分辨观测) • 彗星、行星和卫星的大气层
  17. 17. 面积比哈勃空间望远镜大一倍 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  18. 18. 3.5 口径主反射镜 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 Photo: Goran Pilbradt
  19. 19. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  20. 20. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 仪器设备概述 • 主镜 : 德国 Astrium 公司 • 卫星主体 : 法国 Alcatel 公司及转承公司 • PACS - 光电阵列和射谱仪 (Photodetector Array Camera and Spectrometer) – 德国马 - 普学院 – 测光和光谱成图: 57-210 µm • SPIRE - 成像光谱与测光仪 (Spectral and Photometric Imaging Receiver) – 英国卡迪夫大学和卢瑟福实验室 – 测光和光谱成图: 200-670 µm • HIFI - 远红外外差接收机 (Heterodyne Instrument for Far- IR) – 何兰 SRON – 超高分辨率谱线观测 480-1250 and 1410-1910 GHz
  21. 21. SPIRE - 成像光谱与测光仪 Spectral and Photometric Imaging Receiver • 同时成象 :250, 350, 500 µm, R ~ 3, FOV:4 x 8’, 分辨率 18”, 25”, 36”, 点源灵敏度 : 一小时 5σ ~2mJy • FTS : 200 - 670 µm, FOV:2.6’, R= 20-1000 @ 250 µm ,分辨 率 16” , 35”, 谱灵敏度一小时 5σ=~3x10-17 Wm-2 • 对高红星系进行深度测光 巡天— 100 平方度 • 河内巡天搜索原恒星 • 对星际介质河河外星系作 成象分光观测 • 对其他 HERSCHEL 仪器 观测到的天体进行后续观 测 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  22. 22. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 PACS - 光电阵列和射谱仪 Photodetector Array Camera and Spectrometer • 分光成象 : – 60-90 90-130 + 13-210 µm – 两个测光阵列 16x32 32x64 (3.5’x1.75’) – 点源灵敏度 : 一小时 5σ 4mJy • 视场积分谱线摄谱 – 5x5 裂像分光摄谱仪 (R~1500,0.78’) – 16x25 Ge:Ga arrays – 一小时 5σ 2x10-18 W m-2 宇宙早期 : 深度测光巡天 , 高 Z 高 FIR 亮度星系 . 跟踪谱线观 测 河内河外恒星形成 , unbiased search of protostars 太阳系 , giant planets, HD line
  23. 23. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 HIFI - 远红外外差接收机 Heterodyne Instrument for Far-IR • 优势项目 : 宽频高分辨高灵敏度的谱线普查 , 水 , 高红移 [CII], 河外河内 ISM, 恒星形成和死亡 , 太阳系天体 SIS 和 HEB 混频器 , 自相关和光声频谱仪 频率范围 450-1250 GHz (625-240 µm) 1410-1910 GHz (212-157 µm) 噪声接近量子极限 < 3 hν/k 积分一小时 5σ 灵敏度 : 5mK,2x10-18 Wm-2 带宽 4 GHz 频率分辨率 140kHz, 280KHz, 1MHz 较准误差 : 基线的 10%
  24. 24. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 HIFI:2 亿欧元 SPIRE: 1 亿欧元 PACS:1 亿欧元
  25. 25. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 Herschel PLM Photo: Goran Pilbradt 空 间 环 境 测 试
  26. 26. Transport from Europe to Kourou 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  27. 27. 在发射场清洁主镜 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  28. 28. Last sight of Herschel 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  29. 29. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 与“普朗克”一起一箭双星发射 • 一枚 Ariane V-ECA 火 箭发射赫歇尔、普朗 克两颗卫星 • 总高度 11 米 • 直径 4.5 米 • 重量 4700 千克 • 电源功率 1500W • 部署在第二拉格朗日 点附近的大、小利萨茹 轨道
  30. 30. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  31. 31. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 赫歇尔科学地面段(地面应用系统)组成 中国参 加研制
  32. 32. 英国卢瑟福实验室的仪 器测试现场 项目科学家使用 QLA 系统执行她编写的测 试脚本。 测试人员使用 QLA 和 EGSE 系统操作、 监视测试过程。 有效载荷样机 SCOS2000HCSS/QLA 地面电测接口 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  33. 33. 国台正式参与 Herschel/SPIRE • 中科院国家天文台 2005 年 9 月与 SPIRE 仪器签署 协议,成为 SPIRE 载荷项 目的成员国 – 加入仪器控制中心的研制,投入 软件工程人员,通过 SPIRE 参 与 Herschel 科学中心开发研制 ,成为重要研制力量。 – 中国获得 Herschel 科学地面段 的先进技术为中国空间天文项目 服务 – 拥有两个合作科学家名额,参加 核心科学项目 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  34. 34. 国内举办的各种赫歇尔会议 • Herschel/SPIRE Workshop, 2007.5 北京 – 邀请来自欧洲多位 Herschel 科学家和技术主管报告 – 来自国内 7 个单位的学者、 工程人员以及研究生参加 • SPIRE 仪器控制中心全体 会 2011.10 北京 – 来自 10 个国家和地区、组 织的专家进行的重要工程会 议 20110416 红外天文和赫歇尔红外空间望远镜 国家天文台 黄茂海
  35. 35. 工程工作内容 • 对赫歇尔地面系统关键子系统“数据产品 读取层”( Product Access Layer ) (李波、陈晟) – Participation in the requirements definition for an end user’s data storage and querying (“local store”). – Technical study and feasibility analysis of data product delivery. This looked at issues such as network transfer rates as a function of the number of objects and their sizes, and the effects of compression algorithms. – Prototyping and full implementation of the local store software. – Integration of this software with the wider PAL concept. – Enhancement and improved user-friendliness of querying in the PAL. – Implementation of an HTTP interface to the PAL. – Major refactoring of the PAL to support versioning and concurrent access (which had not been fully scoped in the original requirements). 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  36. 36. 工程工作内容(续) • 赫歇尔数据交互处理最重要的 部分之一:绘图子系统 ( 李 晶晶 ) – Major restructuring and redesign so that the package is maintainable in the long-term. – Expansion of API to support developers building higher level tools. – Performance optimisations. • 载荷数据分析基础:趋势分析 框架设计(陈晟) 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  37. 37. 工程技术收获 • 通过参与世界最先进的科学地面段研制,掌 握其为达到科学目标而形成的设计理念、关 键技术、工程方法、技术标准、运行流程。 • 把国外成熟的规划、管理、合作经验,以及 先进的“无缝迁移”研制理念引入到国内几 个在研空间科学项目中,在满足国家重大科 学工程需求方面发挥了重要作用,成为创新 点。 • 截止到 2011 年初,致谢国家天文台的 SCI 、 EI 论文数量就已达 137 篇,感谢为 赫歇尔作出的贡献 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  38. 38. IC5146 星云 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  39. 39. Aquila and Polaris: SPIRE/PACS RGB 350+160+70 μm and 350+250+160 μm 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  40. 40. Aquila and Polaris: SPIRE at 250 μm single scale ~40” • getsources Algorithm: iterate through scales and apply successive unsharp masking • Morphological Component Analysis developed by J.-L. Starck et al. (2004) 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 Alexander Men’shchikov 2010
  41. 41. Fillaments and cores • Aquila and Polaris Sub-Fields 1: SPIRE single scales ~40” + starless cores by getsources 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 Alexander Men’shchikov 2010
  42. 42. Significant amounts of cold dust are found around and between starforming clumps. 20111208 Unbiased surveys of regions with different Av, illumination, density, history, SF activity - Dust SED and gas physics • Processes - Fragmentation - Coagulation - Condensation - Evaporation - Photo processing • Environments: - Shock processed dust - Cirrus - Molecular clouds - PDRs - Pre-stellar cores and protostars 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  43. 43. 红外暗云 (IRDCs) Peretto et al. 2010 Background image: 160 μm to the left Spitzer 8 μm to the right. Contour: 250 μm 8/30/2011 Interstellar Dust and Herschel Observation Results, UNLV Maohai Huang NAOC 43
  44. 44. Hot water around carbon star IRC10216 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 HII region RCW120 A. Zavagno Nature Sept 2010 MESS Consortia
  45. 45. 观测 Hartley2 彗星 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  46. 46. 用赫歇尔红外望远镜和 X 光望远镜同时观测仙女座大星云 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  47. 47. 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海
  48. 48. 被引力透镜放大的遥远星系 Negrello et al. 2011 Less than 0.5 deg−2 for flux densities above∼ 100 mJy at 500 mm. H-ATLAS SDP data give 5 candidates for 11 such sources. 8/30/2011 Interstellar Dust and Herschel Observation Results, UNLV Maohai Huang NAOC 48
  49. 49. 我们参加的确保观测时间的核心项目 (Guaranteed time Key Programmes) 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 研究恒星初始质量函数实质: IMF 与环境关系及 IMF 起源 SPIRE 和 PACS 进行巡天探测是全面搜索云核和原恒星的理想手段。据估计,在 500 秒差距以内,赫歇尔将可以探测到所有质量相当于 0.01-0.1Mo 的原恒星。 3 千秒差距以内大质量恒星形成系统的全面搜寻和系统巡天探测 SPIRE 和 PACS 进行巡天,涵盖 3 千秒差距以内所有大质量恒星型城区,进行成 像和频谱成图,获得处于形成各演化阶段大质量恒星精确的远红外测光,给出完备 的大质量原恒星样本的光度和质量估算,研究 OB 星协和 HII 区大尺度特性和物理
  50. 50. 我们参加的开放观测时间的核心项目 (Open time Key Programmes) 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 Hi-Gal – 赫歇尔远红外银盘巡天 利用 SPIRE 和 PACS 的同步观测模式 完成对于银盘(银纬 +-1 度) 720 平方 度范围内的系统巡天探测,所使用的观 测波段包括了 70 、 170 、 250 、 350 、 500um 五个 测光谱带。 我们拟利用国台深腾 6800 大型网格计算机进行数据处理和海量数 据深度挖掘。 中国参加三个观测项目优先观测,总耗时约 1400 观测小时 ( 按赫歇尔造价 和寿命折算价值 5000 万欧元。 ) 观测项目组成员可以在“数据专有期”拿到观测数 据,进行研究,具有发表权。 中国将将 3 名研究生、一名博士后、三名研究员送入 SPIRE 科学团队,享有在第一 时间拿到科学数据的权利,保持在相关课题研究前沿,共参加撰写了近 30 篇 SCI 、 EI 论文。 这是中国第一次以平等合作者身份,通过参与国际空间天文工程确保获得 优先的科学数据回报。
  51. 51. 使用赫歇尔观测伽玛射线暴 110422A • 2011 年 4 月 22 日一个超级明亮 的伽玛射线暴 • 中国科学家争取到了观测时间进 行两个星期( 6 次)的观测 • 欧洲、美国、亚洲的协作者都主 动加入进地面辅助观测团队 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 Huang et al. 2011 • 2010 年中国科学家提出了使用赫歇尔天文台观测伽 玛射线暴余辉的观测提案,提案经过竞争被授予 23.6 小时观测时间。这是中国天文学家首次作为首席专家 ( PI )获得的赫歇尔观测项目。
  52. 52. http://earth.bao.ac.cn/herschel 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海 中国天文学界不但能在工程方面成功参与国际顶级天 文设备研制,还可以在科学研究方面,有竞争力地深 入利用这些设备。
  53. 53. 谢谢 20111208 中国参加的的赫歇尔 (Herschel) 空间天文台 国家天文台 黄茂海

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