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SDSS图像查询

斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey)的数据迄今为止已经公布了6批,覆盖9583平方度的天区,包含127万多条光谱数据,今年6月就要开始第二期巡天,科学产出相当可观。许多新天体都是第一次发现,经常需要根据SDSS名称查找原始观测照片,但项目太大内容很多,刚开始总是找不对地方,熟了倒也没有几步,写在这里备忘。

星系SDSSJ0146-0929和它周围的光弧

SDSS天体都是按历元J2000.0时的位置命名,比如星系SDSS J0146-0929,坐标为赤经01:46:56.01,赤纬 -09:29:52.5,它强大的引力场将背景星系扭曲为光弧(arXiv:astro-ph/0610061)。最简单的办法是直接在Navigate页面中左上角输入坐标查看对应天区的图片(如右图所示,我略微调了对比度),从页面右侧的Explore按钮可以跳转到选定天体的参数页面。这种查询方式需要知道天体精确坐标,如果只有大概位置,最好还是查看整幅CCD图像。

先在Radial Search中输入天体的粗略位置,检索对应天区的两次观测流水号run,rerun,CCD序号camCol,视场编号field(这些与巡天方法有关,具体解释可参见GetImage页面),再从填入Fields 查询页面获得全幅图片, 但这样得到的图像也只是多色合成后的JPG。因为上面这些操作的都是在适应快速搜索的Catalog Archive Server目录检索系统(汉化工作已经进行了一年多,不知道什么时候可以投入使用)中完成的,如果需要fits图片则要进入Data Archive Server (DAS)数据服务系统。其中的FOOT检索页面支持批量查询流水号,不过也是需要精确坐标。目标较少的话就无所谓了,接下来进入DAS retrieval form ,在DAS服务中选择下载fpC类型(做过前期修正)的fits文件,然后直接跳到Step 3中按run,rerun,camcol,filter(滤光片类型,有ugriz五种可选),field的顺序提交编号,最后在Step 4中选择文件打包下载方式,提交后的页面会给出检索结果的下载链接,24小时有效。

感谢国家天文台刘超博士对此提供的帮助和指导。

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莱曼alpha森林

1960年帕洛玛天文台的Mathews和Sandage用威尔逊山2.5米的Hooker望远镜(后期工作转移到48英寸的施密特望远镜上)检视3C射电星表,发现有些射电源似乎有对应的星体,而且光谱特征很奇怪,这激起了天文界极大的兴趣,很快就发现了更多的类似天体,在1963年M.Schmidt终于用帕洛玛山的5米海尔望远镜拍到了足够精细的光谱,算出了红移,确认那是一类全新天体,当时命名为QSRS(quasi-stellar radio source),现在已被归入类星体。

莱曼alpha吸收线示意图
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CMB的偶极性

三维偶极矩
宇宙微波背景辐射(CMB)有着近乎完美的黑体谱特征,也就是说弥散在空间中的原初光子有着相同的能量,但是从地球上、乃至宇宙中的任何一处并不能看到一个均匀的辐射图像。因为,我们在运动:地球以30km/s围绕太阳转动,太阳以220km/s围绕银河系中心转动,银河系在本星系群(Local Group)中受到仙女座大星系及众多小星系的拖拽,本星系群又属于室女座星系团(Virgo Cluster of Galaxies),而室女座星系团又被巨吸引子(Great Attractor)牵引……这个世界连真空都在膨胀!

考虑多普勒效应,与我们运动方向一致的光子频率将升高,波长变短,即颜色变蓝,反方向运动的则频率降低,颜色变红,这就形成了偶极(dipole)。将最后散射面上的光子速度投影在我们的运动方向上便得到了上面图像所显示的偶极CMB示意图,最蓝的位置即位观察者运动的方向。在垂直于运动方向的平面上观测到的光子频率不变,在此色表中正好为绿色,但并不说明光子颜色会变绿哦:)

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话说金星凌日

H-alpha滤镜下的金星凌日

记得2004年6月8日,我和一群同好在中国国家地理杂志社楼顶看一个小黑点在太阳的明亮背景中缓慢移动,上来某科技报刊的一位老编辑,当他从望远镜后慢慢抬起头,戴好眼镜,只问了一句:“你们观测这个有什么用?”;我竟一时语塞,情急之下随口编了一些“验证行星轨道”之类的理由搪塞过去,最近读纽康的文章又遇到这个问题,时隔三年却并没有多少长进,索性考证一番。结果发现学界对此的态度正如NASA网站上一期科学故事的副标题所说:我们观测金星凌日最好的理由是因为历史……

话要从头说起,早在古希腊,人们就可以利用不同地方正午时分的日影长短来估计地球半径,再跟据月食时地球投影和月面曲率的比例可以得出月球大小,进而算出地月距离。在1609年开普勒发现了三定律之后,人们终于能够预言行星的运动,还可据此得出各大行星与太阳距离的比例。但日地距离始终是个难题,这个问题不解决,我们就永远不知道太阳的真实大小,也无法得出行星之间的绝对距离。

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由度规算曲率标量

上周被某人说成是“不务正业”,这次就讲讲本行吧(忽悠新手,外行可以无视,同行尽管鄙视)。

当代宇宙学的理论基石是在Robertson-Walker度规下由Einstein场方程推导出的Fridemman方程,现在的绝大部分工作都是以此为起点,而且也得到了可靠的观测支持。从给定度规得出场方程的具体形式是广义相对论的基础内容,但是由于方法繁复,教科书中都不会给出具体的计算过程,而结果又不是一望便知的,学到这里谁都少不了课下的一番推导验证。我当年偷懒跳过,现在却发现自己怎么都算不对了……

怅惘之际在论文库里发现2000年《上海天文台年刊》第21期中有一篇《利用Mathematica软件表示真空Einstein场方程》的文章,但又不想为此学门新语言,便用Matlab仿写了一个,代码如下:

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暗物质笔记

首先要说明,这只是一篇读书报告,其中很多原理技术我自己也是一知半解,不过是觉得这个问题应该会有很多人感兴趣,便恬颜抛砖了。

在数十亿年的演化之后,我们终于能凝视光线的传播,倾听空气的振动,品味分子的味道……以此认识周围的缤纷世界,被感知的一定存在,但存在的却不一定都为人所知,天体也是如此。深邃的夜空中熠熠闪烁的星光便是我们所能获知的全部:颜色可以化为温度,由光谱可以算出速度,监测光变可以知道体积、年龄、距离甚至内部结构;但这些都还不够,当我们发现人眼看到的仍然有限时,又从紫外、红外、厘米波、毫米波、X射线、伽马射线……所有可能的波段收集那些历经千万年漫长旅程到达这里的电磁辐射,就好像找到了一本装满宇宙不同时期照片的影集,发现了无数前所未有的星系以及更多的暗得无法分辨的天体,构成我们身体的元素就来自这些明亮的场所。但是,这些光的源头便是宇宙的全部么?

阿贝尔星系团1689

二十世纪中期,天文学家们逐渐发现星系团成员之间的相对运动并不符合理论上的预言,似乎受到更大的质量的牵引;而星系中物质的旋转速度也不因远离核心而降低——这说明星系外围的光度降低并不意味着质量分布的下降。要用现有理论解释这些观测事实需要十倍于发光物质的质量,这些从未被发现的质量便称为“暗物质”。

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CMB的红移量

谢天谢地,终于安装成功Latexrender,参考了何勃亮想娶奶茶的网志,还要感谢何勃亮和Leo王的帮助。主要问题出在插件要求输入完整路径,类似../../latexrender/ 的相对路径表达是不识别的。其他设置没什么好说的,照做既可。插件装好了,下面小试牛刀。

天体的红移是比较好定的,只要能拍到光谱,然后比对元素标准谱线,量出特征谱线的偏移量,直接带入红移定义式即可。但宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background radiation CMB)是连续谱,没有分立谱线,下面是利用黑体辐射的峰值求其红移的具体算法。

CMB产生于大爆炸之后光子的退耦时期,质子与电子复合产生中性氢原子和光子,这就是我们能看到的宇宙第一缕光。由于暴胀抹平了早期的温度起伏,那时宇宙可看作是高度均匀的黑体,
根据普朗克公式
能量按频率分布时,峰值是在 处,
,整理得
此方程无解析解,数值逼近得a=2.82144。

若取CMB峰值频率为160.4GHz(波长1.9mm),则对应温度T’为2.728K;而理论上算得光子退耦时能量约为0.25eV,对应温度
故有 证毕。

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