LAMOST光谱仪的狭缝对恒星光谱参数测量的影响

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文指导教师：2013年05月Typesetby哪2eatMay29，2013WithpackageCASthesisv0．2ofC7IⅨ．ORGByWang，FengfeiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofAstronomicalTechnologyand

2、MethodNationalAstronomicalObservatoriesChineseAcademyofSciencesMay,2013摘要郭守敬望远镜(LAMOST)已经开始了正式巡天并生产了数以百万的光谱数据。五年的巡天计划将产生千万级的恒星光谱和百万级的星系光谱，为多个天文学科，如宇宙大尺度结构演化和银河系的结构和化学演化等研究方面，产生极大的科学意义。LAMOST的仪器状态和光谱质量在先导巡天阶段通过不断的调试和调整都得到了很大提高。LAMOST科学委员会安排了专门的测试观测时间用于望远镜仪器的调试和性能测试。后期及时的数据处理和结果分析帮

3、助技术人员作出判断和调整，让整个望远镜能够运行良好，保证了巡天计划的后续开展。本文就LAMOST光谱仪的狭缝性能问题做了一些研究工作，并使用LAM—OST观测的恒星光谱对近红外波段的MgI线指数进行了研究。具体内容如下：狭缝是天文仪器中比较常用的一种装置，一般被安置在光路的后端，光谱仪的前段。光纤光谱的光谱仪狭缝一般用来提高光谱的分辨率，狭缝越窄，分辨率越高。当然，狭缝的使用会屏蔽掉一部分光子，导致光谱仪的效率降低，使得相同曝光时间下观测的光谱信噪降低。光谱仪的效率是整个望远镜效率的一部分，其效率的降低会影响整个望远镜的观测能力，使其不能观测更暗的天体，

4、从而导致其极限星等下降。另一方面，狭缝提高分辨率的优势也很明显。如LAMOST的2／3狭缝将光谱的分辨率从1200提高至lJl800，这会让光谱呈现出更多的光谱物理特征，对研究天体，尤其是恒星天体的物理参数有重要意义。另一方面高分辨率也会使红移或视向速度的测量也会更加准确。望远镜是否使用狭缝和使用多宽的狭缝，这是由望远镜巡天项目的科学目标来决定的。对于LAMOST星系研究来说，科研人员主要关心的是宇宙大尺度结构以及星系的演化等科学问题，特别需要能够观测到遥远星系的光谱，所以希望望远镜的极限性等越暗越好。1200的分辨率已经能够满足星系科学家对星系红移测量

5、精度的要求，所以对于星系学科的研究目标，科学家更倾向于不加狭缝。因为极限星等越暗能观测到更多更早的星系光谱，其数据价值也越大。另一方面对于银河系的结构和化学演化以及恒星科学的研究，科学家需要有一定极限性等的前提下，光谱本身能够有较高的分辨率，从而能够获得恒星天体LAMOST光谱仪的狭缝对恒星参数测量的影响更多的物理信息和动力学速度参数等；受低分辨率灯谱谱线半高全宽的影响，光谱的波长定标精度肯定受分辨率的影响；还有对于恒星视向速度测量精度也有一定要求，一般最低要求误差标准差在15km／s以内，这对于分辨率太低的光谱无法做到的。LAMOST前期巡天有星系和恒

6、星两个子项目，为了兼顾两个研究方向的科学目标，目前LAMOST光谱仪暂时采用的是2／3狭缝的观测模式，这样其光谱的分辨率大概为1800，对极限性等的影响不是很大，同时也可以分辨更多的恒星光谱谱线，保证星系和银河系方面的相关研究。2／3狭缝对恒星光谱的视向速度和大气参数测量的影响趋势我们已经有所分析，但缺乏定量分析。本文研究LAMOST狭缝是如何影响恒星光谱的视向速度和大气参数测量精度的。本文通过借助SDSS的高信噪比光谱合成不同分辨率、不同信噪比的光谱来模拟LAMOST不同狭缝情况下的观测光谱。通过测量这些光谱的视向速度和恒星大气参数，我们分析了对于LA

7、MOST这种低分辨率光纤光谱，2／3狭缝是如何影响其恒星光谱测量各种参数的精度，并通过定量分析给出了我们的结论：狭缝尽管降低了望远镜的整体效率，导致相同曝光时间得到的光谱信噪比更低，但是其更高的分辨率是其对视向速度的测量精度起到了提高的作用；狭缝对于恒星大气的金属丰度的测量精度有一定影响：对亮源恒星的[Fe／H]i灰O量精度，如亮于18等的恒星，狭缝提高了其测量精度。而对于暗源如亮度为19等左右的恒星，狭缝没有提高其测量精度；狭缝对于恒星大气有效温度的测量精度没有起到明显的提高作用，尤其是对于暗源。可见狭缝对于恒星的某些参数测量精度起到了积极的作用，但是

8、对于大气参数的作用不明显。晚型星因为狭缝的安装而提高了自身参数的测量精度，而对于