中國天文學家提出一種改正光譜大氣吸收的新方法

中國科學院雲南天文台盧開興博士團隊基於中國科學院雲南天文台麗江天文觀測站2.4米望遠鏡光譜觀測的定標需求，提出了一種改正光譜大氣吸收的新方法，改正精度達1%。
　　
大氣吸收是消光的一種，是大氣中各成分對電磁波輻射的選擇吸收。 地面望遠鏡觀測記錄下來的是天體輻射的電磁波與大氣層相互作用後的訊號。 在可見光波段，由於水汽和氧氣等對固定能量的光子進行選擇吸收，使到觀測數據中出現明顯大氣吸收帶(如示意圖)。
　　
改正大氣吸收穫得真實的科學數據是大部分地面望遠鏡觀測活動必經的定標過程。 傳統的大氣吸收改正方法需要在科學目標觀測前後，在附近天區觀測大氣吸收標準星。 基於小視場的時域觀測研究中，該方法將佔用大量寶貴的望遠鏡觀測時間。 另外，該方法無法在完全同時的觀測條件下觀測科學目標和標準星，天氣和望遠鏡指向狀態等的變化，導致光譜大氣吸收的改正精度並不高。
　　
盧開興等人利用麗江天文觀測站2.4米望遠鏡的長縫光譜儀，將科學目標和在其周圍選取的比較星（恆星）放入狹縫同時觀測，從而同時獲得傳播穿過了完全相同大氣層的目標和比較星光譜。 結合恆星物理研究建立的恆星模板光譜庫，或者郭守敬望遠鏡和史隆數碼化巡天（SDSS）光譜建立的恆星光譜數據庫，該研究採用觀測比較星光譜匹配恆星模板光譜的方法，獲得比較星的大氣吸收譜。 兩個天體在同一長縫同時觀測，具有完全相同的觀測條件，如傳播經過的大氣層和望遠鏡指向狀態等相同。 因此模板匹配獲得的大氣吸收譜可用來改正觀測光譜的大氣吸收。
　　
利用活動星系核氧發射線流量恆定的特點，該研究通過精心設計，選取紅移上滿足氧發射線落入水吸收帶的活動星系核開展時域觀測，測得氧發射線流量曲線。 通過計算大氣吸收改正前和改正後氧發射線的流量彌散，對新提出的光譜大氣吸收改正方法進行評估，發現該方法對光譜大氣吸收的改正精度為1%。 對於具備長縫光譜儀的地面望遠鏡觀測，該方法具有普適性。
　　
盧開興等人還利用大氣吸收改正前的氧發射線流量曲線和從比較星模板光譜匹配中獲得的一系列大氣吸收譜調查了麗江天文觀測站的大氣吸收特性，發現大氣吸收深度主要由大氣視寧度、觀測目標的高度和季節性水汽含量變化調製。 這些規律必然也是所有天文觀測台址所共有的大氣吸收性質。

【圖、文：節錄自中國科學院雲南天文台網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年7月14日出版的中國《天文和天體物理學研究》期刊