[论文解读] The DESI Experiment Part II: Instrument Design

DESI Collaboration, Amir Aghamousa+291 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2016

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 30被引用 227

一句话总结

本论文介绍 DESI 仪器设计：一个机器人驱动、光纤进给的光谱仪系统，能够在 360–980 nm 范围内同时获取多达 5,000 条光谱，并将十个光谱仪连接起来，以实现对 Mayall 望远镜上进行的大规模、五年的红移调查。

ABSTRACT

DESI (Dark Energy Spectropic Instrument) is a Stage IV ground-based dark energy experiment that will study baryon acoustic oscillations and the growth of structure through redshift-space distortions with a wide-area galaxy and quasar redshift survey. The DESI instrument is a robotically-actuated, fiber-fed spectrograph capable of taking up to 5,000 simultaneous spectra over a wavelength range from 360 nm to 980 nm. The fibers feed ten three-arm spectrographs with resolution $R= λ/Δλ$ between 2000 and 5500, depending on wavelength. The DESI instrument will be used to conduct a five-year survey designed to cover 14,000 deg$^2$. This powerful instrument will be installed at prime focus on the 4-m Mayall telescope in Kitt Peak, Arizona, along with a new optical corrector, which will provide a three-degree diameter field of view. The DESI collaboration will also deliver a spectroscopic pipeline and data management system to reduce and archive all data for eventual public use.

研究动机与目标

• 推动 DESI 仪器设计，以实现对 14,000 deg^2 的 Stage IV 暗能量调查。
• 描述包括光学、焦平面、光纤系统和光谱仪的完整仪器架构。
• 概述用于委托调试的读出、控制系统、数据管理以及集成/测试计划。

提出的方法

• 描述 Corrector 的开发及其在实现三度视场中的作用。
• 详细说明 Focal Plane System、Fiber System，以及十个三臂光谱仪配置。
• 解释 Instrument Readout and Control System 以及用于数据降低和归档的数据系统。
• 总结在 Mayall 望远镜上部署 DESI 的集成、测试和调试计划。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一台仪器，在 360–980 nm 范围内实现多达 5,000 条同时光谱？
• RQ2 关键子系统（Corrector、Focal Plane、Fiber System、Spectrographs）是什么，它们如何集成以满足调查需求？
• RQ3 数据降维/处理管线与数据管理系统将如何支持大型公开光谱调查？
• RQ4 在 Mayall 望远镜上实现稳健部署所需的集成、测试与调试策略是什么？

主要发现

• DESI 是一套机器人驱动、光纤进给的分光仪系统，能够实现多达 5,000 条同时光谱。
• 仪器覆盖波长范围 360 nm 至 980 nm，并向十个三臂光谱仪供给，其分辨率随波长变化（R 在 2000 到 5500 之间）。
• DESI 仪器将安装在亚利桑那州 4-m Mayall 望远镜的主焦点，并配备提供三度视场的新型光学 Corrector。
• 将交付专用的光谱数据处理管道和数据管理系统，以降低并归档所有数据，供日后公开使用。
• 设计分为若干部分：Corrector、Focal Plane System、Fiber System、Spectrographs、Instrument Readout and Control System、Data Systems，以及 Integration and Test，随后是 Commissioning。