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上海天文臺

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上海天文臺
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學術委員會,學位委員會,臺長致辭,院所風貌
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正常
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更新日期:
2020/3/18 13:15:22
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中國科學院上海天文臺
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簡述

上海天文臺[1]成立于1962年,它的前身是法國天主教耶穌會1872年建立的徐家匯天文臺和1900年建立的佘山天文臺。目前總部設在上海市徐家匯,天文觀測臺站位于松江佘山。有四個研究部門:天文地球動力學研究中心、星系宇宙學研究中心、VLBI研究室和天文技術研究室。擁有甚長基線干涉測量(VLBI)觀測臺站(25米口徑射電望遠鏡)和VLBI數據處理中心、1.56米口徑光學望遠鏡、60厘米口徑衛星激光測距望遠鏡(SLR)、全球定位系統(GPS)等多項現代空間天文觀測技術。上海天文臺是中國科學院射電天文重點實驗室VLBI分部和中國科學院光學天文重點實驗室畬山基地。

上海天文臺是首批進入中國科學院知識創新工程的單位之一,其科學目標是應用現代空間天文觀測技術監測和綜合研究地球整體運動和各圈層變化的相互作用、探索有關重要的自然災害預測的天文學方法和手段;開展和深化星團、銀河系結構及其演化的研究,活動星系核致密結構的觀測研究,星系動力學數值模擬以及星系形成、演化和宇宙學研究;以及VLBI技術研究、氫原子頻標和時頻技術研究、天文望遠鏡及光學技術研究等。

上海天文臺目前承擔有科技部、國防科工委國家自然科學基金委、中國科學院、上海市等部門的重要研究課題。參與3項國家重大專項的有關工作;主持科技部973項目,主持繞月探測工程測控系統VLBI測軌分系統工作,主持30多項國家自然科學基金委重點項目、主任基金項目、面上項目、聯合基金項目和青年基金項目,參加中科院方向性項目等。并取得了一些突破性的科研成果,其中“宇宙結構形成的數值模擬研究”獲國家自然科學二等獎(2005年);在國際*學術刊物如《Nature》和《Science》,ApJ.MNRAS等發表了重要的科學論文。[2]

上海天文臺與國內外研究機構有很好的合作關系。在國內:主持中國科學院天文地球動力學聯合研究中心;與中國科技大學合作成立了星系宇宙學研究聯合實驗室;與上海師范大學共建上海市天體物理聯合研究中心;與上海市科委共建上海市空間導航定位技術重點實驗室和天文博物館;上海天文臺是中國VLBI網和中國衛星激光測距網的總體技術支撐和觀測運行責任單位。在國際上:上海天文臺是國際合作項目“亞太地區空間地球動力學研究計劃APSG”中央局所在地;共同主持中德馬普伙伴研究小組;是歐洲VLBI網(EVN)和國際VLBI在測地學和天體測量服務(IVS)的成員。

上海天文臺擁有一支精悍的科技隊伍,在編職工二百多人,中國科學院院士1人,中國工程院院士1人,其中博士生導師30人,研究員39人,專業技術人員147人。近年來,上海天文臺加大力度進行人才引進和培養,有1人獲國家二等獎,2人獲國家杰出青年基金,9人入選中科院“百人計劃”,2人被評為上海市科技精英。上海天文臺是天文學一級學科博士和碩士學位授予點,擁有天文學博士后流動站,在讀研究生110名,在站博士后9人。

上海天文臺連續兩年被評為上海市文明單位,注重園區環境改造和創新文化建設。目前已擁有23層的科研大樓,還配有研究生客座公寓和高級訪問學者公寓,觀測基地地處上海畬山地區。建有畬山天文博物館,科普網站“上海網上天文臺”,開展天文知識科普宣傳,是全國科普教育基地、全國青少年科技基地、上海市青少年教育基地和上海市科普教育基地。“精勤司天、誠信修文”已成為上海天文臺精神。

研究方向/上海天文臺

天文地球動力學

利用現代空間技術,發揮上海天文臺同時擁有VLBI、SLR、GPS等多種現代空間測量技術的優勢,開展高精度高分辨率監測地球整體與各圈層物質運動,建立并維持高精度天文參考系,利用學科交叉優勢,綜合研究地球和其它行星的動力學特性及動力學演化過程。建立觀測基地和資料分析研究中心,開展獨立自主的地球自轉參數測定,建立和維持地球和天球參考系,開拓和發展有關觀測技術(如:VLBI、SLR、GPS、Galileo、InSAR、地面光學等),在深空探測、近地小天體(人造衛星和空間碎片)監測、導航定位等方面的工作。深化地球自轉變化及其與地球各圈層物質運動的關系與機理研究,開展行星流體與磁流體動力學理論與大規模計算機模擬的研究,為我國將來開展行星際探測提供科學目標。開展與自然災害有關的天文現象與天文方法的研究,為國家減災防災提供信息。

星系宇宙學
開展了星團星系的結構及演化,活動星系核,宇宙大尺度結構的數值模擬和宇宙學等研究。參與國內外巡天和大型天文觀測項目,進一步加強了與斯隆數字巡天(SDSS/SEGUE)計劃的合作,積極參與國家大科學工程LAMOST的星系和銀河系結構巡天觀測。開展數值宇宙學研究,構建高精度的星系形成和宇宙結構形成的理論模型,研究和預言暗物質和暗能量在星系觀測方面的特性。進行星團動力學和銀河系結構的研究。利用VLBI相位參考觀測高精度地確定銀河系旋臂的結構和運動特征。對活動星系核(AGN)及其它致密天體的多波段VLBI觀測研究。探索AGN的中央黑洞、吸積盤以及射電噴流性質。開展對銀河系中心高(時間和空間)分辨率的毫米波VLBI觀測及理論研究,研究超大質量黑洞候選者SgrA*的致密結構,探索黑洞存在的直接證據。

VLBI技術研究

上海天文臺開展VLBI技術的相關研究30多年,建有VLBI實驗室和VLBI觀測基地,經過多年的技術積累,在國際上同發達國家一起,共同發展VLBI新技術和研制VLBI設備,如:制冷雙偏振接收機,VLBI記錄終端,數字基帶轉發器(DBBC),實時VLBI技術和VLBI數據相關處理機等;共同參加國際VLBI網的天文觀測研究,上海VLBI站是歐洲VLBI網(EVN)和國際測地/天體測量學VLBI服務(IVS)的正式成員,每年參加國際VLBI聯測;在國際VLBI研究領域發揮了重要的作用,受到該領域國際同行的極大關注。在課題研究方面,開展天體物理、測地和天體測量的前沿課題研究,同時創新地把VLBI技術應用對人造衛星的精密定軌,特別是將利用我國VLBI網參與對嫦娥一號衛星的精密測軌,同時可以應用到對國家未來深空探測。

天文技術
從70年代開始從事研究氫原子時頻,并在較短的時間內,成功地研制了氫原子鐘,目前是國內*具有氫原子鐘產品地生產單位。上海天文臺已生產了50多臺氫鐘,并投入使用,為國家科學研究和戰略需求做出了重要貢獻。為了進一步提高氫鐘的可靠性,根據質量管理體系要求,認真分析和研究,發現并解決了一些技術問題。使我臺生產氫鐘的穩定性、可靠性和精度都有明顯提高。同時研究氫原子鐘的小型化,開展了星載氫鐘的預研究。

開展光干涉關鍵技術研究,發展短基線小口徑望遠鏡的綜合孔徑光干涉技術,作為發展大型天文光干涉儀的前期研究。利用光干涉技術,實現對近地目標的精確跟蹤與成像識別。研究把該技術由地面拓展到空間的可能性。促進高分辨率條件下的天體物理研究。

亞太地區天文地球動力學計劃(APSG)

APSG是葉叔華院士倡導并組織的亞太地區空間地球動力學國際合作研究計劃,其主要目標是聯合亞太地區有關科研機構的力量,利用空間技術合作研究該地區的地球動力學現象,包括板塊運動、地殼形變和海平面變化等。為預測自然災害、保護人類生存環境做出貢獻。其主要研究內容是:用空間技術監測歐亞、太平洋、印澳、菲律賓北美等板塊間的相對運動,包括板內和板塊邊緣的地殼形變;研究西太平洋邊緣地區之島弧-海溝構造體系、青藏高原和東南亞造山帶的地殼運動演化規律以及動力學機制;利用空間技術(包括衛星測高技術)與驗潮方法對亞太地區海平面變化進行監測,并對海平面變化規律及其起因進行研究,進而對全球洋面起伏及其機制開展研究;研究地球各圈層的物質運動與地球在空間的整體運動之間相互關系以及該地區大尺度自然災害與地球運動變化的關系。1997年至今我們已經協調組織了共7站的15期VLBI實驗,監測亞太地區的地殼運動。單次實驗擬合殘差約40ps,處于國際先進水平。

中國現代地殼運動和地球動力學研究
葉叔華院士負責的攀登項目“現代地殼運動和地球動力學研究”(1991—2001),以當今較先進的空間技術,甚長基線干涉測量(VLBI)、衛星激光測距(SLR)、全球定位系統(GPS)和衛星測高(SAT)等為基礎,結合地面觀測技術以亞厘米級的精度,監測和研究中國的現代地殼運動及其動力學機制,給出中國大陸現今地殼運動的定量模型,提出青藏高原新的地球動力學模式;給出中國東部沿海陸海垂直運動的變化規律和中國地球重力場和大地水準面的精細模型;研究地球各圈層物質運動與地球自轉的關系;為二十一世紀我國環境和災害等領域提供重要的基礎資料。10年來,本項目集中了中國科學院、中國地震局國家測繪局和總參測繪局四大部委的一百余名科學家,把各自的研究資源、歷年觀測數據和外業成果,統一協調進行跨學科的合作研究,已經在中國大陸地殼運動的監測與研究、精密地球參考系的建立和維持、地球自轉變化、青藏高原動力學、中國重力場和海平面變化、自然災害預報等方面取得了許多國際先進水平的重要成果,為中國可持續發展的環境和災害等領域提供了有價值的理論和基礎資源。本項目不僅促進了國家重大科學工程“中國地殼運動觀測網絡(CMONC)”和國家重點基礎研究發展規劃《大陸強震機理與預報》項目的建立,推動了“亞太空間地球動力學(APSG)”國際協作計劃的建立,也帶動了許多受國家基金會和其它部委支持的研究項目。

宇宙大尺度結構和星系形成與演化

該項目是上海天文臺景益鵬研究員主持科技部973計劃,項目起止時間為2007年7月至2011年8月。該項目在多學科交叉的基礎上,結合LAMOST項目的觀測優勢,以研究宇宙大尺度結構為主線,研究宇宙大尺度結構形成與演化和銀河系結構與演化兩大密切相關的關鍵性科學問題。共設立6個課題,分別為:暗物質暗能量和宇宙學參數、宇宙結構形成的理論和數值模擬、銀河系和近鄰星系的研究、高紅移宇宙的觀測研究、星系活動和大質量黑洞的形成、星系中的恒星形成和演化。該項目的研究隊伍匯集了該研究領域的國內精英人才,由來自上海天文臺、國家天文臺、紫金山天文臺、中科院高能物理研究所、中國科技大學、北京大學南京大學北京師范大學共八家單位的64位研究人員組成。我臺既是項目承擔單位,也是第二課題的承擔單位。

宇宙結構形成的數值模擬研究
景益鵬研究員主持的“宇宙結構形成的數值模擬研究”項目在全國科學技術大會上獲得國家自然科學二等獎(2005年度)。景益鵬研究員主要從事星系形成、宇宙結構形成、宇宙暗物質、宇宙暗能量、宇宙原初擾動等宇宙學基礎前沿問題的研究。首次發現了小質量暗暈的成團性比PS理論的預言要強得多,并提出了暗暈成團的精確公式,被廣泛用于預言星系和暗物質的成團性質,該工作也引發了許多修改PS理論的研究;首次提出了暗暈密集因子的對數正則分布公式,并被廣泛用于預言星系的觀測性質;發現暗暈的內部密度輪廓的冪指數在-1.1和-1.5之間,該工作已成為高精度研究暗暈結構的最有影響的三個工作之一;首次提出了描述暗暈內部物質分布的三軸橢球密度分布模型,并被廣泛用于預言引力透鏡、暗物質分布等多個研究領域;首次精確測量了星系對的速度彌散,其結果被廣泛用于檢驗星系形成模型;最早提出了構造星系相關函數和速度彌散的星系團低權重模型,并已發展為目前流行的暗暈星系占有模型。

銀河系的中心存在超大質量黑洞

沈志強研究員領導的一個國際天文研究小組,通過對位于我們銀河系中心被稱為人馬座A*(SgrA*)的神秘射電發射源的高空間分辨率觀測,發現了支持“我們太陽系所在的銀河系的中心存在超大質量黑洞”觀點的迄今為止最令人信服的證據。該研究成果刊登在11月3日出版的英國《自然》周刊上。利用國際先進的甚長基線干涉陣(VLBA)于2002年11月3日成功獲得了SgrA*在3.5毫米波長上的*圖像,并進而確定該源的真實直徑與地球軌道半徑相當。也就是說,這個至少40萬倍于太陽質量的SgrA*所占區域的直徑只有1.5億公里,由此推斷出的最小質量密度比任何目前已知的黑洞候選者的密度都要大了一萬億倍以上,強烈地支持SgrA*是超大質量黑洞的物理解釋。

首次高精度測得銀河系英仙臂的距離
徐燁博士和中外天文科學家合作,利用世界上分辨率較高的射電望遠鏡,精確地測定了離地球約6370光年一個大質量分子云核的距離和運動速度。它是迄今為止,在天文學中精確測定的最遠天體的距離。通過對這個分子云的距離和速度的精確測定,解決了在天文學里銀河系漩渦結構中離太陽最近英仙臂距離的長期爭論;其結果有力地證明了銀河系密度波理論。在2003年7月至2004年7月的一年間,徐燁和鄭興武等4位中外科學家利用世界上分辨率較高的射電望遠鏡陣,5次觀測銀河系英仙臂大質量分子云核中的甲醇分子宇宙微波激射。他們采用以太陽和地球的距離為基線的三角視差方法,在解決了一系列具有挑戰性的觀測技術難題后,精確地得出了該處的距離,測量精度為百分之二,這是有史以來天文學中精度較高的距離測量。美國權威學術期刊《科學》雜志2006年1月6日刊登了論文《銀河系英仙臂的距離》。

參考/上海天文臺

shao.ac/

cnedu/school/school/9264684014294002164440740.html

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