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CHILI睁眼看宇宙
2015-12-28 | 编辑: | 【】【打印】【关闭

  ——记上海天文台主导的中国丽江积分视场光谱仪顺利安装完成 
   20151212日由上海天文台郝蕾研究员领导的中国丽江积分视场光谱仪(CHIna Lijiang IFU,以下简称为CHILI)项目在云南丽江2.4米望远镜上安装完成。尽管当晚天空云量很多并不适宜观测,但CHILI仍不负众望成功试观测了一颗标准星,这标志着中国终于有了自己的第一个积分视场光谱仪。 

   积分视场光谱仪可以通过一次曝光观测到星系在二维投影平面上不同位置的光谱,即二维光谱,对天文学家们研究星系的内部结构和动力学特征等都十分重要。近十年内,国际上在二维光谱观测领域进展飞速。国际上的各个大小望远镜几乎都配备了二维光谱终端。美国、澳洲、欧洲都有二维光谱系列观测的项目。然而我国在CHILI之前并没有自己的积分视场光谱仪,光谱观测只能依赖长缝光谱仪。在研究星系光谱在二维投影空间上的变化时,只能通过移动狭缝多次在同一星系不同位置曝光来实现,观测效率很低。由郝蕾研究团组带领并同美国德克萨斯大学奥斯汀分校合作的CHILI项目成功填补了国内在二维光谱观测领域的空白。 

  CHILI项目一路走来: 

  项目的经费申请及合同签订 

  CHILI项目初步的成功其实经历了漫长而艰辛的过程。郝蕾研究员从2009年底回国伊始就开始积极推动这个项目。受益于“十二五”财政部修购项目和上海天文台的大力支持,2014年初终于落实用于支持CHILI项目的大部分经费。但其后又由于谈判的艰辛,直到2014年底才和美国签订合同。因此,从签订合同到CHILI被安装在丽江2.4米望远镜上仅仅经历了一年的时间,体现出了极高的工作效率。 

  CHILI科学厨师会议 

  20141115CHILI科学工作组在北京大学科维理研究所召开了“CHILI科学厨师会议cook-off meeting),来自国内多个天文研究单位的一线研究人员参与此次会议。以报告加上后续自由讨论的方式,与会人员都认识了CHILI的各位厨师以及“厨师们可能使用的烹制方案。 

  CHILI技术开球会议 

  新年伊始,于2015116日到18日,“CHILI技术开球会议kick-off meeting)在云南丽江的2.4米望远镜拉开。CHILI项目的主要合作者、来自德克萨斯大学的Gary Hill和高级机械工程师、同样来自德克萨斯大学的Brian Vattiat来到丽江的云南天文台高美古观测基地,对那里的2.4米望远镜进行考察,确定未来CHILI仪器的接口位置。在紧张而有效的3天里,项目主要负责人郝蕾研究员与德克萨斯大学的专家和2.4米的国内专家们共同测试了2.4米望远镜的当前工作状态,确定安装CHILI的位置,确定如何放置和支持在CHILI中扮演重要作用的光纤束。这是CHILI设备正式入驻2.4米望远镜的里程碑的一步。与原来的预期相比,CHILI的安装设置更加复杂,特别是在考虑空间限制、承重以及仪器不同部分的安装要求之后[1]。但经过双方的共同努力,最后还是找到了解决的方式。郝蕾在之后发给CHILI项目参与人员的分享邮件中这么写道。  

   

  CHILI软件开发讨论会 

    126日到29CHILI团组又召开了以观测、数据处理和数据分析等各种软件开发为主题的“CHILI软件开发讨论会”,一切都在有条不紊地进行。 

  CHILI来到中国 

  接下来的几个月中,CHILI的进展如期进行。到10月底时,光谱仪终于按原计划顺利制造成功。但单单是把它从美国运输到中国来,过程也极为繁复。最主要的压力是时间。仪器的运输和安装要和美国工程师的访问时间相匹配,而这些工程师只有127号到14号这个星期有时间,如果中途因某种原因CHILI的某一部件没能在这之前到达丽江2.4米望远镜处,安装进程就会大打折扣,甚至无法在年底前完成。而运输过程中的不确定因素太多:环节涉及从德克萨斯大学奥斯汀分校运输到装箱公司进行专业装箱;从装箱公司转到国际运输公司;然后从美国出关;空运至上海入关;在上海出库;再由气垫车直接从上海运输到丽江并上山卸货至高美谷2.4米望远镜所在处。其中每一步都涉及到不同的手续文件和合同协议。每一段运输的起运和到达时间也都要严丝合缝,而运输中一些精密部件还可能面临损坏或车祸等风险。任何事先没有想周全的事情都有可能对运输及其后的安装造成耽搁。幸运的是,尽管每一段运输都比郝蕾研究员最初预计的理想状态多出两到三天,最终CHILI的六口大木箱还是在126日中午时分成功在2.4米望远镜的圆顶镜卸货。时间刚刚好契合了美国工程师的访问日程,更加令人欣慰的是仪器也都完好无损。 

  CHILI的安装 

  CHILI积分视场光谱仪整个系统复杂,安装过程中也遇到了很多意料之外的困难。有些用于安装的部件需要现场调整,实时加工。而且由于2.4米望远镜圆顶的滑轮起重机坏了,巨大的光纤张紧轮提和沉重并且精密的光谱仪都只能依靠人力托举安装。 

  8号到12号,上海天文台郝蕾团组和云南天文台范玉峰团组的每个成员,包括美国的三个工程师,每天都高强度的运转,有时早上六点半上山,有时晚上十一点才下山,没时间时吃饭大家就吃点零食充饥或轮流换班。 

  整个安装过程涉及多项内容:开箱检验;光谱仪抽真空测试;光谱仪在耐焦上的平台安装;光纤束收放装置的安装;电源、网络通信的安装;光谱仪制冷测试安装;光纤束安装;接口安装;定标单元测试并安装;整体结构测试;试观测等。其中每一步都涉及光、机、电等多方面的工作。 

  1212日下午四时左右,CHILI所有的硬件都基本安装到位,电源、通信也都接好。这标志着CHILI的硬件大致安装完毕,此时忙碌在圆顶的人员合影留念以纪念这一时刻(图二),其后大家又很快投入到了紧张的对整个系统的调整和测试工作中。持续到晚上九点,终于把一颗标准星的光谱留在了CHILI光谱仪中,标志着首光的获得。在此之后,范玉峰研究员试图微调标准星的位置以确定光纤束和望远镜指向之间的相对位置,但因为云团总是时不时遮住视线,效果并不理想。后来郝蕾研究员也对M31进行了尝试,也因天气的影响而效果不佳。 

  13号项目组进行了一系列的收尾工作,比如为光谱仪做几个简易的小“雨伞”,防止圆顶开启时有雨滴掉进仪器内部影响使用,给CCD升温,反冲氮气,防止CCD在不工作期间落入灰尘。至此CHILI的安装工作正式结束。 

  CHILI安装完成后光谱仪真空度很好,斯特林制冷也工作良好,光纤机械系统经过几个晚上的测试也都没有问题,一切都像预想的那样正常工作。虽然主体硬件的安装只是CHILI项目的第一步,但这也是最大最难的一步。看到CHILI目前的状态,郝蕾研究员充满信心地表示CHILI能为我国在积分光谱科学上带来光明的发展前景。 

  郝蕾研究员表示,在不远的将来CHILI还需要在三个方面进一步的完善。第一,升级CHILI的光纤,在其前端配置微透镜阵列,以使CHILI的观测效率更高。第二,为CHILI配备中等色散装置,以使CHILI实现更高的色散本领。第三,实现各种软件的集成,以使CHILI更快速地实现观测、数据处理和科学产出。事实上,当上海天文台的郝蕾团队和云南天文台的范玉峰团队在丽江如火如荼地安装调试CHILI时,远在上海的团队其他成员在上海天文台尹君的带动下进行了一系列对CHILI数据批处理的软件开发集成,并取得了显著的进展。 

  郝蕾研究员说:“CHILI的成功安装要感谢上海天文台、中科院和基金委,特别是云南天文台很多同仁的鼎力相助,CHILI的科学工作组还包括来自中科院、国内多所高校的很多一线科学家,希望在未来的日子里以上各个单位仍能够同心协力让CHILI项目在科学研究上大放异彩!” 

  北京大学科维理天体与天文研究所、中国科学院高能物理研究所、天津师大、厦门大学、南京大学等国内合作者以及海外的几个合作者纷纷发信庆贺CHILI安装调试成功,并开始讨论下一步的观测选源、科学研究工作。 

  撰稿人:郝蕾、刘辰旭、左文文  

  20151217日星期四 于上海 

   

  图二:庆祝CHILI顺利安装成功合影留念 

  右一 Brian Vattiat (美国德克萨斯大学奥斯汀分校) 

  右二 Sarah Tuttle (美国德克萨斯大学奥斯汀分校), 

  中间 郝蕾(上海天文台) 

  左二 范玉峰(云南天文台),左一刘辰旭(郝蕾的学生) 

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