[论文解读] The Site of the ASTRI SST-2M Telescope Prototype: Atmospheric Monitoring and Auxiliary Instrumentation

G. Leto, M. C. Maccarone+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2014

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 3被引用 12

一句话总结

本文介绍了在意大利埃特纳山塞拉拉纳韦天文台部署的大气监测与辅助仪器系统，旨在支持ASTRI SST-2M原型切伦科夫望远镜的校准与科学验证。该系统包括PLUDIX、拉曼激光雷达（Raman LIDAR）、UVscope和UVSiPM仪器，用于监测大气条件、天空背景及望远镜响应，从而实现对CTA任务的精确绝对校准与性能验证。

ABSTRACT

ASTRI is a Flagship Project led by the Italian National Institute of Astrophysics, INAF. The main objective of the ASTRI project is to develop a prototype of the Small Size class Telescope for the Cherenkov Telescope Array (CTA) in a dual-mirror configuration (SST-2M). The ASTRI SST-2M is an end-to-end prototype that will be fully developed by the ASTRI Collaboration from the optics design and manufacturing to the focal plane camera, from the structure of the mount to all the needed software. The ASTRI SST-2M prototype will be placed at the INAF "M.G. Fracastoro" observing station in Serra La Nave on the Etna Mountain near Catania, Italy. The technological solutions adopted will be tested on field: observations of the Crab Nebula and of other sources will be essential part of the science verification phase, with the aim to assess the achievement of the scientific requirements. In the following we present the Serra La Nave site together with all the auxiliary instruments needed for atmospheric monitoring and characterization, calibration and science verification of the ASTRI SST-2M prototype.

研究动机与目标

• 评估意大利埃特纳山塞拉拉纳站点（1735米海拔，37°41′05″N，14°58′04″E）作为ASTRI SST-2M原型望远镜部署地点的适宜性。
• 确保该站点满足甚高能伽马射线观测对大气、气象及基础设施的严格要求。
• 部署一套全面的辅助仪器，实现实时大气监测与望远镜校准。
• 通过UVscope与UVSiPM的同步测量，实现ASTRI SST-2M原型望远镜的精确绝对校准。
• 通过表征天空背景、大气透明度与信号衰减，支持科学验证阶段。

提出的方法

• 基于地理物理、气象及可达性标准，选择塞拉拉纳（海拔1735米，北纬37°41′05″，东经14°58′04″）作为INAF最优站点。
• 部署基于多普勒的雨量计PLUDIX，用于探测并表征降水类型、强度及粒子大小分布。
• 安装拉曼激光雷达系统，测量高达15公里高度的大气消光剖面，用于气溶胶与云层监测。
• 使用UVscope（多碱性光电倍增管）与UVSiPM（硅光电倍增管）仪器，配备校准滤光片与电动跟踪装置，测量夜间天空背景与大气衰减。
• ASTRI SST-2M与UVscope-UVSiPM同步观测参考恒星与地面光源，以确定望远镜的光谱响应与绝对校准常数。
• 将所有辅助仪器的数据流整合至数据重建与分析流程中，实现实时性能评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 塞拉拉纳站点在大气清晰度、天气稳定性与基础设施方面是否适合部署ASTRI SST-2M原型望远镜？
• RQ2 湿度、降水与气溶胶含量等可变大气条件如何影响ASTRI SST-2M原型望远镜的性能？
• RQ3 UVscope-UVSiPM系统能否提供准确、实时的夜间天空背景与大气透明度监测？
• RQ4 观测期间视线方向上的总大气衰减是多少？如何对其进行量化以用于校准？
• RQ5 如何通过与已校准的外部光电探测器同步测量，确定ASTRI SST-2M望远镜的光谱响应与绝对增益？

主要发现

• 塞拉拉纳站点位于埃特纳山海拔1735米处，具备有利条件：平均地平线遮蔽角高于20°，火山灰含量低，湿度适中（夏季67%，冬季79%）。
• PLUDIX成功探测并分类降水类型（雨、雪、冰雹、火山灰），并以高时间分辨率测量瞬时降水强度。
• 拉曼激光雷达系统可提供高达15公里高度的垂直大气消光剖面，实现对气溶胶与云层的详细监测。
• UVscope与UVSiPM仪器安装于电动跟踪架上，可实现天空背景与大气衰减的同步、共轴测量，时间分辨率低于1分钟。
• ASTRI SST-2M与UVSiPM对参考恒星的同步跟踪，可精确测定总大气衰减，并校准望远镜视场内各位置的响应。
• 在地面光源观测期间，比较ASTRI SST-2M与UVSiPM的数据，可高精度推导出望远镜完整的光谱响应函数，涵盖光学系统与相机。