科學家新工具 integral field spectroscopy 積分場光譜儀

[peter]

http://www.skyandtelescope.com/news/Will-This-Cutting-Edge-Technology-Transform-Astronomy-231170371.html

. A new technique is emerging called integral field spectroscopy, in which optical detectors use various methods to grab a spectrum at the same time that they take a picture. Among the newest instruments is the Array Camera for Optical to Near-infrared Spectrophotometry (ARCONS)


WIKI   integral field spectroscopy  積分場光譜
http://en.wikipedia.org/wiki/Integral_field_spectrograph



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英國研發機械腕可強化近紅外線天文望遠鏡
作者:駐英科技組
文章來源:摘譯自：英國科技設施委員會2012年10月09日
發佈時間:2012/11/25
歐洲南天天文台 (European Southern Observatory，ESO) 預計將接受來自英國的 K 波段多目標光譜儀 (K-Band Multi Object Spectrometer，KMOS)。這個新的高科技設備包含二十四條機械腕，將在愛丁堡的英國天文技術中心 (UK Astronomy Technology Centre，UKATC) 完成最後的組裝及測試之後，運送至智利巴拉那 (Paranal) 並裝設於 ESO 四個極大望遠鏡 (Very Large Telescope) 之一。這個新設備預計將協助天文學者獲取更多且品質更佳的天文資訊。

KMOS 獨特之處在於它能夠同步截取星系群或各星系單獨的影像，而且都能清楚觀測到每個星系個別的屬性。到目前為止，科學家必須耗時數年就每ㄧ個星系個別辨識且觀察才能獲取這些資料。新的 KMOS 設備則能在兩個月內收集到相當的資訊，主要在於它有二十四條低溫機械腕，分別在尖端有鍍金的鏡面，能移動到指定的位置以精確定位來自遙遠星系的光。

UKATC 主導 KMOS 器材研究的米歇爾齊拉蘇羅博士 (Michele Cirasuolo) 表示，KMOS 代表了我們對宇宙研究的關鍵一步：它能同時觀察近紅外線波段二十四個星系，遠勝過所有現有的儀器設備。以 KMOS 的測量速度，能在兩個月內完成其他類似近紅外光譜儀過去十年內的觀測總量。

天文學家將能針對在遙遠的高紅移星系 (high red-shift galaxies) 中的質量併合 (mass assembly) 與星體形成詳盡的觀察，進而了解一些重要的問題，例如這些星體形成的時間與發展的過程。這種能一次觀察多個星系的新效能使科學家能建立不同宇宙年代龐大的星系統計樣本，以揭露星系形成及演變的物理機制。

KMOS 製作影像的方式是使用積分場光譜儀 (integral field spectroscopy) 截取一個包含了整個星系二維區域的光譜。對星系每個部份的光線 (核心、隆起、旋臂和外緣部分) 進行分析，了解其物理和化學性質。因此，KMOS 不只是對整個星系進行測量，同時也測量各個附屬部分，足以建構出全貌。

根據齊拉蘇羅博士解釋，KMOS 能對每個觀察到的星系收集令人難以置信的資訊量，而且不只是星系的影像，還包括了能提供空間解析後 (spatially resolved) 物理、化學及動態資訊的三維光譜。這對了解星系質量的併合與結構的形成來說非常重要，同時也幫助科學家定位宇宙時間至超過一百三十億年前，也就是首個星系的形成時間。

KMOS 的設計包含一個特殊機制：能在低於攝氏零下兩百度的低溫條件下運作。這是一個重大的挑戰，但它對在近紅外波段觀測遙遠星系來說是必要的，因為除非冷卻到一定的程度，儀器本身的熱輻射將會掩蓋天文觀測的微弱訊號。

這項儀器是許多人員合作研究的結果：參與國家有德英兩國，參與機構包括 UKATC、杜倫大學 (Durham University)、牛津大學、以及盧瑟福阿普爾頓實驗空間 (RAL Space at STFC’s Rutherford Appleton Laboratory)。UKATC 的團隊負責製作低溫恆溫器 (cryostat)、二十四條機械腕、及電纜旋轉器，並且執行最終的組裝與測試工作。盧瑟福阿普爾頓實驗空間則應用其發展出的低溫鏡頭安裝技術，製作 KMOS 各光譜儀上的三個攝影鏡筒。計畫主持人來自杜倫大學，而他們的團隊負責製作積分場光譜儀中包含超過一千個鏡面的複雜系統。牛津大學則擔任 KMOS 中三個光譜儀的設計和組裝的工作。英國大學及科學事務部長大衛威利茨 (David Willetts) 讚揚英國在發展這項精密科技產品的漫漫長路上扮演領導者的角色，也預測這個儀器在被設置於領先全球的望遠鏡上後，將會對提升人類對宇宙的理解扮演重要角色。

VLT 每ㄧ個望遠鏡機組都包含一個直徑八公尺的望遠鏡面，而新的 KMOS 設備將被裝置於 VLT 一號機組之上。

http://uk.nsc.gov.tw/ct.asp?xItem=1011117003&ctNode=620&lang=C


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http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-46/issue-12/features/astronomical-imaging-3d-spectrophotometric-imaging-opens-a-new-window-into-the-cosmos.html




http://opticalengineering.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=1076935


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基于积分视场单元的三维天文成像光谱技术

[peter]

2007年  觀測昏暗伴星的新技術
http://tamweb.tam.gov.tw/news/2007/200707/07071002.htm
新攝譜儀（imaging spectrograph）SINFONI，終於能克服這個艱難挑戰，對於系外行星和棕矮星等昏暗伴星的觀測助益頗大。

　　SINFONI是天文學家Niranjan Thatte等人的傑作，原理相當簡單：影像中絕大部分的特徵都與主星有關，而因望遠鏡和儀器引起的雜訊等，都會隨觀測波長改變而改變，但伴星的位置卻不會。所以如果是因主星在儀器內產生的反射光在影像中造成了個假行星，則當用紅光觀測時它會在某個位置，用藍光觀測時卻會在另一個位置上；然而如果是真的行星，則其位置不會隨紅藍光而有所不同。因此，利用光譜和位置偵測的消減綜合結果，便可將所欲觀測的目標突顯出來。這種技術稱「光譜反摺積（Spectral Deconvolution）」，而這種觀測只能用所謂的「積分場光譜儀（integral field spectrograph）」才能達成，SINFONI便為這種光譜儀之一。這種技術其實在2002年便已提出，但5年之後的現在才有真正可供應用的成品出現。

劍魚座AB星的C星軌道　　Thatte等人利用這個新技術來觀測南天的劍魚座AB星中的C星（AB Doradus C），這顆昏暗伴星的直徑僅約木星的2倍；在此新技術下，天文學家首度獲得完全不受主星與較亮伴星B的光輝影響的C星光譜，由此估算出C星的表面溫度約攝氏3000度（約太陽的一半），光度約太陽的1/1000，質量約太陽的9％，年齡約7500萬歲等精確資料。劍魚座AB星是兩對雙星組成的4合星系統，離地球約48光年，其中主星A相當年輕，質量約為太陽的85％而已；C星為A星的伴星，屬於冷紅矮星（cool red dwarfs），距離A星僅約3天文單位而已，相當於火星與木星之間的小行星帶到太陽的距離；這是到目前為止，天文學家唯一知道其正確質量的低溫年輕天體，將成為天文學家未來研究類似恆星的溫度與光度測量標準。另一對雙星則為Ba星與Bb星，距離A星約133天文單位。