[论文解读] Ground-Based CCD Astrometry with Wide Field Imagers. I. [Observations just a few years apart allow decontamination of field objects from members in two Globular clusters.]

Jay Anderson, L. R. Bedin+4 more|ArXiv.org|Apr 26, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 21被引用 89

一句话总结

本文提出一种方法，利用欧洲南方天文台2.2米望远镜的广角成像实现高精度地基CCD天体测量，通过适配哈勃空间望远镜软件以校正几何畸变和大气效应。在2.8至3.1年的基线期间，该方法实现了每坐标约7毫角秒的天体测量精度，从而有效分离了M4和NGC 6397中的星团成员星与场星。

ABSTRACT

This paper is the first of a series of papers in which we will apply the methods we have developed for high-precision astrometry (and photometry) with the Hubble Space Telescope to the case of wide-field ground-based images. In particular, we adapt the software originally developed for WFPC2 to ground-based, wide field images from the WFI at the ESO 2.2m telescope. In this paper, we describe in details the new software, we characterize the WFI geometric distortion, discuss the adopted local transformation approach for proper-motion measurements, and apply the new technique to two-epoch archive data of the two closest Galactic globular clusters: NGC 6121 (M4) and NGC 6397. The results of this exercise are more than encouraging. We find that we can achieve a precision of ~7 mas (in each coordinate) in a single exposure for a well-exposed star, which allows a very good cluster-field separation in both M4, and NGC 6397, with a temporal baseline of only 2.8, and 3.1 years, respectively.

研究动机与目标

• 将为哈勃空间望远镜开发的高精度天体测量技术扩展至地基广角成像。
• 解决地基天体测量中几何畸变和大气效应导致的位置精度下降问题。
• 利用档案的、非优化的数据，实现对球状星团中恒星群体的可靠自行测量。
• 证明地基广角数据可达到足够的天体测量精度，以区分星团成员星与场星污染。
• 为未来利用地基设施开展大规模、高精度的星团和潮汐尾天体测量调查奠定基础。

提出的方法

• 将原本专为哈勃WFPC2/ACS数据设计的AK2000软件套件，适配用于处理欧洲南方天文台2.2米望远镜上WFI仪器的广角图像。
• 开发了一种局部变换方法，以校正WFI在时间上变化的几何畸变，因为发现畸变解算在长时间内不稳定。
• 通过利用恒星颜色和空气质量导出的颜色依赖位置偏移，对色差折射（DCR）效应进行建模并加以校正。
• 采用双epoch档案数据对NGC 6121（M4）和NGC 6397进行多epoch分析，时间基线分别为2.8年和3.1年。
• 采用基于PSF的天体测量解算方法，实现亚像素精度的位置测量，最大限度减少图像采样和PSF形状变化带来的偏差。
• 使用Baade's Window中的恒星集合校准畸变解算，并根据空气质量和仪器几何参数对每张曝光应用相应校正。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可将哈勃空间望远镜实现的高精度天体测量技术成功迁移至地基广角成像系统？
• RQ2 欧洲南方天文台2.2米望远镜上WFI仪器的几何畸变解算在长时间内是否稳定？需要何种校正策略？
• RQ3 色差折射在多大程度上会降低天体测量精度？是否可利用颜色和空气质量信息进行校正？
• RQ4 利用3年基线的地基数据测量的自行能否有效分离球状星团中星团成员星与场星？
• RQ5 标准地基广角成像可实现何种水平的天体测量精度？与哈勃基测量相比如何？

主要发现

• 在平均视宁度（约1" FWHM）和良好曝光条件下，该方法对单次曝光中恒星的天体测量精度达到约7毫角秒/坐标。
• 在M4的2.8年基线和NGC 6397的3.1年基线条件下，通过自行滤波成功实现了星团成员星与场星的有效分离。
• 发现WFI@2.2米望远镜的几何畸变解算具有时间可变性，因此需要针对每个观测历元采用局部变换方法。
• 色差折射引入了可测量的位置偏移，且具有颜色依赖性，可通过颜色与空气质量的线性拟合进行校正。
• 对DCR的校正显著改善了矢量点图，减少了自行测量中的系统性偏移。
• 结果表明，地基广角成像可实现与哈勃基测量相当约3至6倍精度的天体测量，足以支持长基线条件下星团的动力学研究。