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如何一次性获得整个星系的3D视图

2021-6-30 09:08| 发布者: vantsing| 查看: 932| 评论: 0

摘要: 想想一只苍蝇,你有没有试过去抓住一只?你最好快点,因为和大多数昆虫一样,苍蝇可以360°检测到它们周围的运动。秘密在于它们的复眼,它们由大量微小的光感受器(称为小眼)组成。这些共同作用提供了一个非常宽的 ...

想想一只苍蝇,你有没有试过去抓住一只?你最好快点,因为和大多数昆虫一样,苍蝇可以360°检测到它们周围的运动。秘密在于它们的复眼,它们由大量微小的光感受器(称为小眼)组成。这些共同作用提供了一个非常宽的马赛克视图。蚂蚁可以有几只小眼到一千只小眼,苍蝇和蜜蜂有几千只,而蝴蝶和蜻蜓有几万只。小眼的数量越多,昆虫的视野就越宽,视觉也就越清晰。


使用类似的原理,但目的完全不同,科学家们开发了一种称为积分场单元(IFU)的仪器。在IFU中,视野被分成许多单元或段以获得整体的全面概览。IFU广泛用于地球遥感,更具体地说,用于天气预报,以及监测自然灾害和气候变化。


一只苍蝇的特写,详细显示了复合眼睛。水滴充当透镜,使刻面清晰可辨。这些小平面中的每一个都是小眼的表面。复眼的这种配置允许像昆虫这样的微小生物拥有大型视觉探测器(相对于它们的体表面积),从而为它们提供非常广阔的视野。


在天文学中,IFU用于使用一种称为积分场光谱学的技术,一次性研究扩展物体,例如星云、星系或拥挤的恒星或星系团。在这种方法中,来自场的每个单元或像素的信号被馈送到光谱仪,然后为每个单独的像素生成光谱。所有得到的光谱都被排列成一个数据立方体(见图1),其中包含整个2D视场加上从光谱仪绘制的第三维,它将光分成不同的颜色或波长(见图2)。天文学家可以使用来自积分场光谱仪的大量信息来测量,例如,遥远星系中气体的运动(参见eso1437)或到视野中不同星系的距离(参见eso1507)。


1 MUSE观察奇怪的星系NGC4650A

2 NGC4650AMUSE彩色编码图像。


不同类型的IFU使用不同的技术来划分视野。三个主要应用于天文学的领域是:

1. 微透镜阵列(非常类似于昆虫的复合眼睛)。

2. 光纤束,可单独使用或与微透镜阵列结合使用(见图3)。

3. 一个图像切片器(见图4)。


IFU的第一个想法来自G Courtes1982年。它首次在天文学中使用TIGER仪器进行了实际应用,该仪器于1987年在位于莫纳克亚山的3.6米加拿大-法国-夏威夷望远镜(CFHT)上首次发光,夏威夷。TIGERSIFU是一个小透镜阵列。

3 IFU工作原理的说明

积分场光谱 (IFS)原理


ESO,第一台专用积分场光谱仪是 SINFONI,它于2004年在甚大望远镜 (VLT) 上看到了它的第一道光。如果你。多目标光谱仪 FLAMES 也有两个集成场单元,而第二代红外光谱仪KMOS24个小型IFU,每个都安装在一个可展开的臂上。VIMOS还有一个相当宽的IFU,它结合了微透镜和光纤束。所有这些仪器都有不同的特性──它们对不同的波长敏感,它们有不同的视野,不同的光谱分辨率——这使得它们适合观察不同类型的物体并解决不同的天文问题。


积分场光谱仪变得越来越复杂,更大的探测器能够提供对宇宙更清晰、更深入的3D理解。与昆虫类比一致,IFU正在从蚂蚁进化为蜻蜓。

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