[论文解读] The Stellar Observations Network Group - the Prototype

F. Grundahl, J. Christensen‐Dalsgaard+5 more|ArXiv.org|Aug 4, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

该论文介绍了 SONG 原型机的设计及其预期性能，该原型机为一架配备高分辨率光谱仪的 1 米望远镜，光谱仪使用碘池进行径向速度测量，并配备两台幸运成像相机用于微引力透镜测光。对于视星等 V ≈ 1 以上的恒星，其径向速度精度可优于每分钟 1 米，从而实现高精度的恒星地震学研究和微引力透镜观测，全球节点网络的目标观测效率接近 80%。

ABSTRACT

The Stellar Observations Network Group (SONG) has obtained full funding for the design, construction and implementation of a prototype telescope and instrumentation package for the first network node. We describe the layout of such a node and its instrumentation and expected performance for radial-velocity measurements. The instrumentation consists of a 1m telescope, equipped with two cameras for photometry of microlensing events with the lucky-imaging technique and a high-resolution spectrograph equipped with an iodine cell for obtaining high-precision radial velocities of solar-like stars, in order to do asteroseismology. The telescope will be located in a dome of ~ 4.5 m diameter, with two lucky-imaging cameras at one of the Nasmyth foci and the spectrograph and instrument control computers at a Coud{é} focus, located in an adjacent container. Currently the prototype telescope and instrumentation are undergoing detailed design. Installation at the first site (Tenerife) is expected during mid-late 2010, followed by extensive testing during 2011.

研究动机与目标

• 开发地面 SONG（恒星观测网络组）节点原型，以实现对类太阳恒星的高精度径向速度测量。
• 通过径向速度法和微引力透镜法，实现亚米每秒的径向速度精度，用于恒星地震学和系外行星探测。
• 通过在全球范围内分布的 8 个节点组成的网络，实现接近 80% 的高观测效率。
• 设计一种成本效益高、结构紧凑的天文台系统，使用 20 英尺的海运集装箱安置仪器，使用 4.5 米直径的穹顶安置望远镜。
• 通过在单个节点上同时使用双色幸运成像相机和 Coudé 光谱仪，实现测光与光谱观测的同步进行。

提出的方法

• 利用配备碘池的 1 米望远镜和 Coudé 焦点，安装高分辨率光谱仪，以实现高精度的径向速度测量。
• 在 Nasmyth 焦点处安装两台幸运成像相机，以实现高空间分辨率和微引力透镜事件的高测光精度。
• 设计望远镜与仪器系统，实现高通光率的光谱路径，总系统通光率在 1" 天气条件下超过 8%。
• 集成连续的光瞳控制和指向-倾斜控制，以稳定光谱仪狭缝上的照明，减少系统误差。
• 开发并测试基于 IDL 的数据还原流水线 i SONG，利用档案中的 UVES 和 SARG 数据提取碘池径向速度。
• 采用模块化、集装箱化的机箱设计，以减小占地面积和成本，通过机械隔离使光谱仪与集装箱分离，以减少振动影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 配备碘池光谱仪的 1 米望远镜能否在视星等 V ≈ 1 的明亮恒星上实现每分钟低于 1 米的径向速度精度？
• RQ2 对于时域天文学，由 8 个地理分布的 SONG 节点组成的网络可实现多高的观测效率？
• RQ3 使用高速 CCD（约 30 Hz）的幸运成像技术能否在密集星场中提供足够高的测光精度，以获得微引力透镜光变曲线？
• RQ4 系统通光率和信噪比如何随恒星视星等变化，以确定径向速度精度的极限？
• RQ5 i SONG 数据还原流水线能否达到与 UVES 和 SARG 数据所用最先进方法相当的性能？

主要发现

• 基于信噪比标度和档案数据的表现，预计 SONG 原型机对视星等 V ≈ 1 以上的恒星，可实现每分钟观测精度优于 1 米的径向速度测量。
• i SONG 数据还原流水线在 UVES 档案数据（α Cen A）上的径向速度精度达到每数据点 77 厘米/秒，接近 Butler 等人（2004 年）报告的 70 厘米/秒水平。
• 光谱路径的总系统通光率估计超过 8%（在 1" 天气条件下），狭缝通光率产品为 120,000，表明在典型条件下狭缝损耗极低。
• 该设计支持碘池校准和常规 ThAr 校准，为无需最高径向速度精度的观测项目提供灵活性。
• 原型节点预计于 2010 年年中交付至特内里费岛，全面集成与测试工作计划于 2010–2011 年间完成。
• 该系统设计支持接近 80% 的网络观测效率，可实现高频高精度的恒星地震学研究和不间断的微引力透镜监测。