astronomy

巡天数据探索入门：（一）几个著名的巡天计划

原创 梁晨 发表于Lcsky.org

前言

对星空的好奇心，一直存在于内心，但大部分只是转化成了深空天体摄影的具体实践。

我一直问自己，在专业天文学家和设备能力超过业余设备多个数量级的情况下，我们孜孜不倦的去拍这些目标，到底有什么意义？

现在，这个问题的答案暂时是这样：

  1. 正是观测实践，培养了我早期的工程素养、认知能力和自驱力

  2. 除此之外，确实没有更深刻的意义，以至于一次和朋友Scott聊天时，他知道我一直喜欢天文，和我讨论本星系群、可观测宇宙时，我竟然是第一次听说这些概念，也第一次意识到，我们满天繁星，竟然全都是银河系内的恒星

  3. 如果只是拍摄，我不会取得超过1838年，贝塞尔利用周年视差测定出恒星的距离更深入的认知

  4. 有没有一些更接近现代科学认知的实践方式呢？还真有，很多巡天项目的数据都是可以公开获取的，我们可以通过编程进行数据科学的实践！

我计划把这个探索过程，写下来，和大家分享这些有意思的数据和分析方式。

LAMOST-郭守敬望远镜光谱巡天

TODO:

斯隆数字巡天-SDSS

数字巡天项目的鼻祖，由位于美国的阿帕契点天文台（北天）和位于智利的拉斯坎帕纳斯天文台（南天）组成，从2000年开始的第1阶段，到现在已经进行到第5阶段，每一个阶段会专注于不同的关注点，改造或引入新的设备，也会有不同的收获。

目前正在进行的是第5阶段巡天（SDSS-V），关注点主要是银河系、本星系群、黑洞。

Image Credit: M. Seibert (OCIS) & the SDSS-V team

目前共记录到天体数量(来源：维基百科)

种类 个数
星系 790,220
类星体 (z <2.3) 89,458
类星体 (z ≥2.3) 12,892
M型和更晚型的恒星 64,895
其他恒星 126,351
天空光谱 59,843
待确认天体 19,861

第17次数据发布-DR17

2021-12-6日的第17次数据发布，包含以下数据集，原版网页上还有大量详细的信息可以点击查看：

  1. 银河系演化调查 - APOGEE-2 (2014-2021)

  • 包含65.7万颗恒星的近红外光谱（1.51~1.70um），这个波段能够透过星际尘埃阻挡，看清银河系各个方向的恒星。提供了银河系恒星的元素丰度分布和整个银河系不同位置恒星的动态运动信息。

  • 关键词：【恒星】【银河系内】【红外光谱】

  1. 近邻星系空间光谱调查 - MaNGA 详情 (2014-2020)

  • 和之前只由一跟光纤获取信息中心的光谱不同，MaNGA有17个场积分单元IFUs用于拍摄星系光谱，IFUs由一组蜂窝状的多根光纤组成，能同时获取信息不同位置的光谱，进而得到丰富的空间结构信息。

  • 包含大约1万个临近的河外星系。

  • 数据获取、处理方式、各字段含义详见Bundy等人2015年的论文

  • 关键词：【近邻星系】【二维空间光谱】

  • 使用python分析的入门实践

  1. 近邻星系恒星星表 - MaStar (2014-2020)

  • 大约1万颗恒星的高质量光谱（362.2~1035.4nm），选择恒星的原则是均匀并且充分的覆盖恒星参数空间（有效温度Teff、表面重力log(g)、铁氢比[Fe/H]、α合成元素丰度与铁元素丰度[α/Fe]）。

  • 数据获取、处理方式、各字段含义详见Yan等人2019年的论文

  1. 宇宙历史的关键早期阶段调查 - BOSS

  2. 银河系探索和调查 - SEGUE (2004-2009)

  • 用于帮助人类理解和探索银河系，分两期，分别记录了23万和11.9万颗恒星光谱（河内恒星总数约2000亿颗）。
  1. 大面积多目标恒星视向速度调查 - MARVELS (2008-2014)

  • 这个数据集包含了1.1万颗明亮恒星的径向速度，其速度精度和时间分辨率足以探测到轨道周期从几小时到两年不等的气态巨行星。

  • 关键词：【恒星】【多次重复观测】【时间分辨率】

数据访问方式

  1. 下载

  2. SkyServer - 一组在线工具，在页面上查看SDSS的图片、光谱、恒星参数等信息。

  3. SciServer - jupyter - 提供了一个免费的jupyter-lab环境，可以通过python读取和分析数据，不需要把几百G的数据拖回来分析了。

Gaia-盖亚空间望远镜

盖亚（Gaia）是欧洲空间局的空间望远镜，于2013年12月19日发射，运行在地球轨道的 L2 拉格朗日点附近。

该任务的目的是要绘制一个包含约10亿颗或银河系1%恒星的三维星图，精度能达到约20uas（微角秒）

Erik Tollerud写了一个开源的notebook，可视化了我们附近恒星的周年视差。