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硕士招生专业与研究方向简介
2016-01-19  |  作者:  |  【  】 【打印】 【关闭

专业

研究方向

研究生导师(按姓名拼音排序)

天体物理

恒星结构与演化

顾盛宏  韩占文  何金华  李焱 余聪

双星与变星

戴智斌  刘亮  钱声帮  朱俐颖

大样本恒星演化与特殊恒星

陈雪飞  韩占文  姜登凯  李立芳

Ia型超新星

韩占文  孟祥存  王博

星系与星族

邬文弢  张奉辉

系外行星

顾盛宏  郭建恒  钱声帮  王晓彬

余聪

太阳物理

姜云春  李可军  林隽  刘煜

屈中权  徐稚  闫晓理  杨家艳

倪蕾     申远灯

高能天体物理

王建成  赵晓红

活动星系核

白金明  刘洪涛  王建成

天体测量与天体力学

空间目标精密定轨与应用

李荣旺  李语强

空间碎片光电探测技术与方法

李语强  李祝莲

天体测量技术与应用

陈林飞  王建成

天文技术与方法

天文仪器与方法

金振宇  柳光乾  刘忠  许骏

实测天体物理

范玉峰  刘忠

天文红外技术

金振宇  许骏  许方宇

天文射电技术

汪敏

光学工程

天文光学技术及应用

金振宇  李语强  刘忠 常亮

天文望远镜

刘忠

天体物理专业(学术型)

    天体物理是当代天文学的主流和核心,运用天文学和物理学的技术、方法和理论,研究各类天体和天体系统的形态、结构、物理性质、化学组成以及起源和演化。目前,天体物理已成为自然科学中最活跃的前沿领域之一。

【恒星结构与演化】

    恒星结构与演化是天体物理的三大基础理论之一,涵盖了当前天体物理诸多热点研究方向。本研究方向结合天文观测和理论分析,研究恒星物质的状态方程,发生在恒星内部的热核燃烧过程,辐射在恒星内部的传递,以及恒星内部的对流传热与对流物质混合等主要物理过程及其处理方法,探讨恒星结构演化模型及其计算方法,了解不同质量恒星的结构特征及其不同演化阶段的主要性质,探索不同恒星在演化进程中的联系,以及不同质量恒星的演化结局。

    尤其是深入研究了转动造成的子星形变和物质与能量在子星之间交流的物质过程,发展了相接双星演化模型,并将其成功应用于统一解释大中质量和小质量相接双星的观测佯谬;深入研究了恒星内部湍流热对流运动的性质及其对恒星结构演化的影响,并将其应用于太阳模型以改善模型声速与日震学反演结果之间的偏差;深入研究了对流超射区元素混合过程,并应用在RGB/AGB恒星结构演化研究中,揭示了对流元素混合对这些恒星演化性质的影响;进行高精度光谱和测光观测和数据分析,获得了大量高质量长时序的类太阳恒星表面磁活动和星珥事件,深入开展了恒星磁活动性质与磁活动周的监测研究;开展了脉动白矮星的国际联测,获得了大量高质量观测数据,显著提升了我国2.4米天文望远镜的国际竞争力;深入研究了系外行星的形成与物理性质研究,开展了系外行星在行星盘中迁移的2D模拟,发现不同耗散机制会诱发不同的行星迁移模式,发展了在主星辐射照射下行星的星风模型,所得结果与观测符合并得到观测的进一步支持。

【双星与变星】

    双星是天体物理研究的“实验室”,同时也是求恒星基本物理参量最重要的场所。当各种类型的天体如巨星、白矮星、中子星和黑洞等是密近双星的成员时,可为研究这些类型的天体提供有利条件。另外,当聚星、星团和河外星系等中出现密近双星时,可以把密近双星的起源和这些天体系统的形成等研究结合起来。因此,双星是天体物理中最具科学潜力和智力挑战性的研究领域之一。

    主要研究内容如下:重要演化阶段上晚型潮汐磁锁定双星的观测研究;激变双星和X 射线双星等爆发天体的观测和研究;恒星系统中黑洞侯选体等致密天体的搜寻和研究;双星环境下褐矮星和系外行星的系统搜寻;聚星、星团和河外星系中的密近双星和脉动变星的观测和分析研究;大质量双星的观测与系统研究;Ia型超新星和γ射线暴前身星的搜寻等。

【大样本恒星演化与特殊恒星】

    自上世纪九十年代起,大型设备巡天计划逐渐成为国际天文观测的主流。例如美国的大型巡天项目斯隆(SDSS)是有史以来最具影响的天文项目;我国的大科学工程郭守敬望远镜(LAMOST)已经释放了三批数据。目前,还有更多更大的巡天项目正在计划和筹备中。大样本天体的观测正在以前所未有的速度推动整个天文学的发展。

    面对这一新的发展趋势,云南天文台提出和发展了能同时演化数百万颗恒星的大样本恒星演化理论。在该理论中,首先是基于双星演化的基本物理过程,从第一原理出发提出恒星天体形成的物理图像,然后再对数百万颗恒星(含双星)进行演化模拟,得到某类或几类恒星的整体特征,并同时追踪单颗恒星的个体行为。目前,大样本恒星演化理论因为准确、高效、可靠,已成为国际上研究特殊恒星形成普遍采用的方法,相关成果被写入多本国际专著和教科书。

恒星中大约一半是双星系统。双星间的相互作用可以解释恒星世界的绝大部分谜团。针对双星中的经典未解难题,云南天文台建立了恒星的绝热物质损失模型。利用大样本恒星演化理论,云南天文台在热亚矮星、双简并星、钡星的形成完成了奠基性的工作。

【Ia型超新星】

    超新星是恒星演化到晚期一种极为壮观的高能爆发现象,宇宙中的重元素都来自于超新星爆炸时的元素核合成。从爆发本质来说,超新星可分为热核爆炸超新星(Ia型)和核塌缩超新星。前者最终会将整个星体炸碎,后者会留下一颗中子星或黑洞。Ia型超新星作为可标准化的烛光,可以用来测量宇宙的距离。人们正是通过Ia型超新星测距发现宇宙在加速膨胀,从而推论出暗能量的存在,开创了宇宙学研究的全新局面,并摘得了2011年诺贝尔物理学奖的桂冠。此外,Ia型超新星是铁元素的主要来源,而铁是星系化学演化的主要驱动力。Ia型超新星如此重要,然而其前身星,即Ia型超新星是怎么来的,目前仍不清楚,已经极大地阻碍了精确宇宙学和星系物理的发展。

    云南天文台在Ia型超新星方面开展了一系列的研究工作,并取得了显著的科研成果,在国内外天文界具有较高的知名度。Ia型超新星中有一半在恒星形成后1亿年内爆炸,但所有的超新星模型均不能解释为什么有这么多的Ia型超新星在如此短的时间内爆炸,云南天文台提出了氦双星前身星模型,指出一颗碳氧白矮星可以通过洛希瓣从一颗氦星或者是一颗处于亚巨阶段的氦星吸积物质,最后达到其最大稳定质量极限,从而发生Ia型超新星爆炸,从而解决了这个难题。氦双星模型现已被国际著名的研究超新星爆炸机制的小组用于研究超新星爆炸对残留伴星的影响,该模型预言的超高速氦星(氦星或氦亚巨星在超新星爆炸后会获得非常高的空间速度,有可能超过银河系的逃逸速度而变成超高速氦星)也被广泛用于被用于大型巡天项目,如欧洲南方天文台探索银河系暗物质晕的超高速星巡天计划Hyper-MUCHFUSS、我国的LAMOST银河系结构巡天LEGUE等。

    目前,对Ia型超新星的观测是2.4米望远镜(国内口径最大的通用型光学望远镜)的两个主要研究方向之一,2.4米望远镜正在进行一个“每天一小时”工程,即在未来三年内,每天晚上用一小时的时间用来观测Ia型超新星,这为揭示Ia型超新星前身星模型和爆炸模型之间的相关性,以及对Ia型超新星模型的限制提供了巨大的机遇。

【星系与星族】

    星系的形成和演化是目前天文学研究中最热门的课题之一。因为星系的绝大部分可见物质都聚集在恒星里,所以分析星系内部的恒星组成以及它们随时间、空间的演化是研究行星形成和演化的重要途径。然而,即使是哈勃空间望远镜,我们也只能分辨出邻近星系中的单个恒星。对遥远的星系,我们只能得到其整体特征量,如星等、颜色、光谱等。因此需要一种通过这些积分特征量来确定恒星成分的有效方法,即演化星族合成方法。它相当于在恒星和星系研究之间搭建了一座桥梁,在星族星团的研究中被普遍应用。利用演化星族模型预言的光谱和星等结果,可以反推星系、星团的各种性质,进而确定星系的结构和演化等。

    大约一半的恒星属于双星系统。双星演化完全不同于单星演化,多年来由于双星演化的复杂性或多样性,所有演化星族合成模型都没能力将它们考虑其中。云南天文台在2004年发表了考虑各种双星相互作用的演化星族合成模型(即Yunnan模型),比国际上的同类研究早5-8年。双星相互作用可以使星族在紫外的流量高出2–3个星等。根据星系天文学发展的趋势,即将恒星和星系紧密结合去精细化地研究星系,云南天文台不断地将双星理论发展更新于星族合成和星系发展中,并将星系的诉求反馈于恒星发展中,使两个学科相互渗透。目前,该模型经过不断改进和完善,已经发展到第三代(Yunnan-III)。

    利用Yunnan模型,云南天文台对星系的形成、星系参数的确定(测光红移、恒星形成率、金属丰度、红化、恒星组成和形成历史等)、星系的选择判据(AGN与恒星形成星系的选择判据等)和一些特殊星系(小质量星系、椭圆星系、高红移星系等)的演化进行了研究,使星系研究迈向更加精细化的方向。全国十大天文进展。

【系外行星】

    发现和研究太阳系外行星系统,一方面可以帮助理解行星的形成、结构和演化;另一方面可以对类地行星的生存环境进行探测,以期发现可能的生命信号,找到地球生命在其它星球上的“亲戚”。随着观测技术的提高和研究手段的进步,天文学家已经在太阳系外发现了1205个行星系统,包括480个多行星系统,共计1909颗行星。不过,目前取得的成果与理解行星和行星系统的多样性以及行星星族的要求还相差甚远。因此,国际天文界还在大规模地开展系统的系外行星搜寻工作,同时也投入了大量的人力物力来研究所发现行星的物理性质。

    目前云南天文台系外行星的研究工作主要包括两个方面:第一,利用云南天文台与香港天文学会共建的宽视场巡天望远镜开展系外行星凌食事件的测光巡天观测,借助云南天文台丽江观测站2.4米望远镜和国外的2米级望远镜所属的高色散光谱仪进行精确视向速度确认,从而发现新的太阳系外行星系统。第二,利用国内外1-4米级望远镜精确刻画系外行星系统的物理性质,包括凌食系外行星系统物理参数的精确测定及其TTV现象的分析研究、系外行星公转轨道面空间取向的测定、研究近距系外行星系统宿主恒星与行星的磁场相互作用、凌食系外行星大气性质的观测研究等。通过这些研究课题,云南天文台和英国、法国、丹麦、德国等国际知名相关研究团队建立了长期稳定的合作伙伴关系。期间有机会参与课题组的国际合作项目。

【太阳物理】

    太阳是离地球最近并且对人类最重要的一颗恒星。以磁场活动为特征的太阳爆发会引起地球空间环境的重大变化。日冕物质抛射形成的高密度、高速度的等离子体流及其形成的激波到达地球附近后,可引起地球磁层、电离层以及地磁场的激烈变化,形成灾害性空间天气。可能导致卫星陨落、飞行物的跟踪识别发生困难、低纬地区无线电通信中断、轮船和飞机的导航系统失灵、核电站变压器烧毁、电网故障引起大范围停电等严重事故。因此,太阳活动对日益依赖于卫星通讯、空间观测和石油电力输运的现代化社会的影响变得越来越明显。所以认识太阳活动及由此产生的灾害性空间天气的物理机制和变化规律、了解太阳爆发现象的起因及其对地球周围空间环境的影响、探讨空间各层次物理过程的演化不仅在科学研究方面具有重要的理论意义,而且对保障空间安全和经济建设的顺利进行也具有深远的现实意义。

    云南天文台拥有多台太阳观测设备,既有国际上口径最大的真空红外太阳望远镜,也有频率分辨率最高的低频射电频谱仪,拥有抚仙湖优良的观测条件,结合国内外太阳地基、空间观测资料,充分利用高空间分辨率、多波段光谱观测及高精度偏振测量手段,在太阳精细结构、磁场演化、日冕加热及物质抛射、太阳活动周期等问题的研究上取得实质性突破,为灾害性空间天气的预报提供坚实的观测和理论基础。

    云南天文台太阳物理的研究内容包括:太阳磁活动及爆发的观测研究、日冕磁场测量、太阳活动的磁流体动力学(MHD)数值模拟和实验、以及太阳的周期性变化。其中,对太阳磁活动及爆发的研究对象包括尺度在0.1”左右的结构的流场和磁场、暗条或日珥、冕洞及其磁场与 CME 的相互作用,爆发过程中大尺度磁结构的动力学演化、磁重联和电流片、粒子和射电辐射。太阳活动的MHD数值模拟和实验能为观测结果提供理论解释和进行深层次的物理图像构建,并为下一步的观测指出方向和问题。有关内容涉及四个方面:爆发前后磁场拓扑结构的变化、能量转换和磁能储存的物理过程;磁重联的物理本质;耀斑和CME 的动力学过程;CME 及行星际激波的传播和演化。

    太阳的周期性活动是由太阳内部的发电机过程导致的,但是与人类对太阳活动和爆发过程的研究和了解相比,对太阳发电机过程的研究和了解还比较肤浅,更细致的工作还需要深入进行。在这种情况下,统计工作及其结果就显得很重要。利用统计的方法寻找信号的周期和寻找周期性信号在太阳物理研究领域内是一项经典的工作,是最受关注与重视的太阳物理研究工作之一。随着太阳观测数据的急剧增加和数学处理方法与分析手段的不断进步发展,这一工作变得越来越复杂与日益重要。

    对作为“等离子实验室”与恒星样本的太阳,研究其活动与变化的周期性有着重要的指导与借鉴意义。对作为日地空间环境主宰的太阳,研究其信号的周期及其地球信号的周期响应,对作为日地系统终端的地球具有实际应用价值。有些太阳活动周期在地球上有着丰富的反映,如地球人高度关注的全球变暖问题,与太阳11年的活动周期就有着的千丝万缕的联系。在未来二十年内太阳活动预报模式将从现在的以统计预报模式为主过渡到基于物理模型的数值预报为主。随着太阳物理不断取得进展,发电机模型将会更加有效地描述太阳内部物质运动,日冕物质抛射模型和耀斑模型将会更加准确描述日冕中的爆发过程。

【高能天体物理】

    高能天体物理从研究微观粒子的物理规律出发,研究发生在浩瀚宇宙中的宏观尺度上的各种高能物理现象。大量天文观测表明宇宙中存在从遍布星系的几倍太阳质量的黑洞到存在于几乎每个星系中心的超大质量黑洞,也可能存在介于这两类黑洞之间的中等质量黑洞,但是黑洞神秘的面纱还远远没有揭开。

    研究内容包括:研究黑洞的活动性的物理本质、黑洞的形成和演化机制、黑洞的反馈对周围环境和宇宙结构的形成和演化的影响;研究发生在黑洞周围的高能光子的产生机理、辐射特征和物理规律;研究高能宇宙线粒子的产生和加速机制;研究X射线双星、伽玛暴和活动星系核中的黑洞吸积模型;研究黑洞系统中喷流产生和物理性质。

【活动星系核】

    活动星系核是一类性质奇特的河外天体,为了解释活动星系核的奇特现象,人们普遍认为活动星系核由外向内具有如下结构:最外边是射电瓣,然后依次是窄线区、尘埃环、宽线区、吸积盘,最中心是超大质量黑洞,它(们)吸积周围气体形成吸积盘,以比恒星核聚变高得多的产能效率释放引力势能,提供活动星系核所辐射的巨大能量。

    然而限于目前的空间分辨率,活动星系核的上述结构至今无法直接成像观测。尘埃环、宽线区、吸积盘、小尺度喷流(即内喷流)等的位置、形状、结构、物质运动,以及它们之间的物质和能量交换、喷流从中心黑洞吸积系统提取物质和能量的机制等问题一直都是未解之谜,尚有大量重要的关键问题有待解决,而研究活动星系核物理结构对理解星系形成与演化意义重大。云南天文台的研究内容包括活动星系核中心区域的物理结构,包括喷流中的粒子加速和辐射区及其与宽线区的相互作用;宽线区结构;黑洞质量的测定;黑洞吸积内流;双核活动星系等。

    云南天文台独立完成了一个喷流辐射区能谱分布的数值模拟程序,该程序采用了比较巧妙的算法,同时计入相对论电子的所有辐射过程和效应,尤其是计算同步自康普顿谱时,同步种子光子谱是考虑了同步自吸收的精确计算谱,而非近似值。在此基础上,围绕活动星系核的高能伽玛射线辐射机制这一国际研究热点问题进行研究,取得了以下成果:在国际上首次研究了探测射电星系核的TeV伽玛射线辐射的可能性,根据辐射模型预言射电星系M87和Cen A是TeV伽玛射线源,该预言已先后得到欧美及日本的切伦科夫望远镜的观测证实,TeV伽玛射线源由原来单一的blazar增加了一类;通过对大尺度喷流的X射线产生机制进行了系列研究,证明了大尺度喷流中高能电子可以产生同步辐射,并从观测上加以证明;通过对平谱射电类星体中宽线区的光子与喷流的高能伽玛光子的碰撞吸收进行了系列研究,证明若喷流的伽玛射线辐射区位于宽线区内则大多数平谱射电类星体的大于10GeV的伽玛光子将辐射不出来,与未来的观测结果比对可确定或限制伽玛射线辐射机制;云南天文台在国际上首次提出了一种确定喷流中伽玛射线辐射区相对于宽线区位置的方法,并将该方法应用于3C 273等活动星系核。

 

 

天体测量与天体力学专业(学术型)

   天体测量与天体力学是精密测定天体位置和研究天体运动规律的学科,它提供人类探测宇宙最基本的知识与方法。精确研究天体系统动力学形成与演化、为社会经济发展,特别是为航天国防等部门提供最直接的支持、同时极大地促进了数学、物理、地球科学、天文地球动力学以及非线性科学等相关学科的发展。

【空间目标精密定轨与应用】

    借助理论力学展开应用研究,即监测地球整体、局部(大气、海洋、地壳)的运动和变化,以及与国民经济和国防建设有关的空间飞行器轨道的研究。内容涉及多卫星、多台站、多种类型资料的综合处理方法的研究,包括计算方法、力学模型研究与软件系统建立。

    云南天文台目前空间目标精密定轨的研究内容包括:漫反射激光测距与光学位置联合对空间目标的精密定轨;结合激光测距与GPS技术对地壳形变的监测;建立空间目标数据库;空间目标自旋的研究等。

【空间碎片光电探测技术与方法】

    随着航天技术的迅速发展,太空碎片的数量也在明显增多,这些太空碎片大到废弃的卫星,小到航天器固体燃料点火所产生的残渣和粉末,它们与人类正常使用的航天器共享地球的轨道空间,已经成为威胁人类正常空间活动的重要因素之一。为了保障航天器的安全,有效规避各种飞行物,必须掌握空间目标(碎片)的分布状况,并对其进行监视和跟踪。

    多数空间目标自身并不发光,主要依靠太阳光的反射而变亮,同时目标尺寸较小,亮度很低,给空间目标探测带来了困难。需要研究发展空间目标和空间碎片的多种光电探测方法与技术,包括自适应光学高分辨探测、光电探测、雷达探测、激光测距。

    借助云南天文台1.2m望远镜主要对人造卫星激光测距、自适应光学成像以及光度测量开展研究;1.8m望远镜主要对人造卫星观测以及天文目标进行观测;43cm的SBG望远镜主要对中、高轨道空间碎片以及空间目标进行定位观测;25cm的小光电望远镜口径,主要对低轨空间碎片或空间目标进行定位观测。

【天体测量技术与应用】

    垂线偏差可反映地下物质迁移的信息,而地面天体测量是精确测定垂线偏差的唯一有效方法,这使得“观天测地”具有重要的研究价值。此外,研究内容的高精度要求以及观测环境的复杂影响,要求观测结果能尽可能排除仪器误差以及大气干扰,因此,该方向的主要研究内容包括:天体测量仪器及相关技术研究、天体测量基本方法研究、地球大气对地面观测影响的研究、天体测量技术应用研究等。

 

 

天文技术与方法专业(学术型)

    云南天文台天文方法与技术学科是集成光机电技术的前沿学科,以各种现代尖端技术作为探测手段,收集和处理来自宇宙的全波段电磁辐射和其它信息,不断加深和改变着人类对宇宙的认识。

【天文仪器与方法】

    以一米澄江抚仙湖太阳观测与研究基地和光电实验室为依托,重点开展了一米真空太阳望远镜、新型环形望远镜等的研究工作。一米红外太阳塔是是目前我国最重要且口径最大的地基太阳光学观测设备,也是世界上名列前茅的太阳望远镜。

    深入研究地球大气湍流的光学特性,通过将几种新提出的天文图像高分辨图像重建方法,应用于一米红外太阳塔,大大提高了太阳光球和色球图像的分辨率,使其基本达到望远镜衍射极限,为研究太阳磁场和流场的高分辨率结构提供了优质的数据。在世界上首次研制成功太阳差分像运动视宁度监视仪(SDIMM),勘选出我国目前最好的太阳物理观测站――澄江抚仙湖太阳物理观测站。此外,抚仙湖基地还研制了多台套太阳选址设备,包括日晕光度计、便携式视宁度测量仪、闪烁仪阵列等。

【实测天体物理学】

    本学科方向包括应用图像重构技术,研究天体的高分辨成像;现场总线技术,研究望远镜的高精度指向和跟踪,使天文观测效率、数据质量更高;利用现代软件技术,研究海量观测数据的处理和分析方法,开发公共数据处理平台。这些研究在国内都处于领先水平,推动了我国在太阳物理、恒星物理、活动星系核等方面的研究。

【天文红外技术】

    以一米澄江抚仙湖太阳观测与研究基地和天文红外实验室为依托,开展与红外天文探测器、天文仪器的红外(热)辐射分析以及红外系统集成有关的研究工作,为设计和研制下一代地基大型太阳观测设备打好基础,同时也为天文同行搭建一个红外天文技术研究和实验平台。

【天文射电技术】

    射电波段是天文观测研究的重要组成部分,其研究目标涵盖近地天体/环境,直到遥远的宇宙天体。目前主要研究内容包括太阳射电天文技术方法,以实现对太阳的高频率分辨率(好于百kHz)和高时间分辨率(毫秒级)为观测为目标;低频射电天文技术方法,以研究宽带(高于二个倍频程)低频天线、低频射电阵列组阵技术和数字波束合成技术为目标。

 

 

光学工程专业(专业型)

【天文光学技术及应用】

    开展图像高分辨复原技术在天体观测、监控、识别等领域的应用开发,开展太阳系内行星的像复原技术研究,为深空探测科学目标提供参考。天体高分辨观测能力基础是低噪声、高帧率的微光探测技术,而相关观测的结果产出时间取决于对数据的处理速度,从而促进与图像复原有关的数据存储/检索及分布/并行的数据处理技术的发展。建立以天文光学技术应用为主导的先进的创新技术研发平台,力争提升国内高端大型光学装备制造、光电成像技术等领域的工程化技术研发和产业化能力,促进相关的技术进步和产业升级。

【天文望远镜】

    开展大口径光学/红外望远镜的设计和检测技术研究,以带动大口径望远镜的光机制造和望远镜控制技术等相关领域的发展;通过对大口径望远镜系统的仿真优化设计、大镜面拼接技术、主动光学技术、望远镜光学检测及装调技术、光机电集成技术和等开展研究,力争解决大科学工程实现的主要关键技术问题,带动光学制造、光机结构和光机电一体化等相关领域的发展。

 
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