?使用虹科數(shù)字化儀測(cè)量遙遠(yuǎn)恒星的直徑

加那利群島拉帕爾馬島的MAGIC 望遠(yuǎn)鏡是為了觀測(cè)發(fā)射高能伽馬射線的宇宙物體（即超新星或黑洞）而建造的。天文學(xué)家使用雙望遠(yuǎn)鏡測(cè)量恒星的直徑，以研究其整個(gè)生命周期的過(guò)程。對(duì)于地球上的望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)楹阈堑慕侵睆椒浅Ｐ?，只有幾毫角秒，即使是世界上最大的望遠(yuǎn)鏡也無(wú)法直接測(cè)量它們。因此研究人員通過(guò)組合來(lái)自數(shù)十米距離的多個(gè)望遠(yuǎn)鏡的光來(lái)記錄物體的光強(qiáng)度——這種技術(shù)稱為強(qiáng)度干涉測(cè)量法。 然而，信號(hào)非常微弱，因此任何雜散信號(hào)和串?dāng)_都會(huì)淹沒(méi)它們。在評(píng)估了多種品牌的數(shù)字化儀后，研究所最終選擇了虹科 M4i.4450-x8 數(shù)字化儀。

圖1：位于加那利群島拉帕爾馬島海拔2200m以上的雙望遠(yuǎn)鏡MAGIC

項(xiàng)目背景

遙遠(yuǎn)恒星的直徑是通過(guò)將從恒星接收到的光的變化數(shù)字化來(lái)測(cè)量的。在觀測(cè)過(guò)程中計(jì)算互相關(guān)性并對(duì)其進(jìn)行平均，以確定其隨望遠(yuǎn)鏡之間距離的變化。當(dāng)恒星在天空中移動(dòng)時(shí)，幾何形狀會(huì)發(fā)生變化，測(cè)量形狀需要沿多個(gè)軸進(jìn)行觀察。

圖2：MAGIC（主要大氣伽馬射線成像切倫科夫）是世界上最大的空氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡，每個(gè)直徑為 17m

大氣切倫科夫成像望遠(yuǎn)鏡（IACT）具有大型鏡子，對(duì)光學(xué)光子產(chǎn)生的一些光電子信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間約為一納秒。這意味著它們非常適合光學(xué)干涉測(cè)量觀測(cè)。由于它們對(duì)可見(jiàn)波長(zhǎng)的敏感性以及 IACT 的長(zhǎng)基線光強(qiáng)度干涉測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十至微角秒的角分辨率。該項(xiàng)目在兩個(gè)直徑 17m IACT 的相機(jī)頂部安裝了一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)裝置，并觀察了兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡測(cè)量的三顆不同恒星的光子強(qiáng)度的相干波動(dòng)。

虹科應(yīng)用

由于要處理大量數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)使用虹科的SCAPP軟件（虹科CUDA Access for Parallel處理）。這是一種將從數(shù)字化儀收集的所有數(shù)據(jù)發(fā)送到 NVIDA PC 圖形卡的方法。因?yàn)?GPU 圖形處理器具有多達(dá) 5000 個(gè)核心，可提供更快的數(shù)據(jù)處理速度。這使得錄音能夠以每秒 500 兆樣本的高分辨率運(yùn)行。

圖3：HK-M4i.4450-x8 2通道數(shù)字化儀，500 MS/s

“我們發(fā)現(xiàn)這些卡不僅在我們測(cè)試的所有 PC 卡中具有最低水平的雜散信號(hào)和串?dāng)_，”馬克斯·普朗克物理研究所負(fù)責(zé)該項(xiàng)目電子開(kāi)發(fā)的 David Fink 說(shuō)道，“而且每張卡的性能也相同，更有利于比較每個(gè)望遠(yuǎn)鏡的信號(hào)之間的差異。該技術(shù)對(duì)通道之間的相關(guān)信號(hào)和串?dāng)_非常敏感，包括從光學(xué)傳感器到安裝數(shù)字化儀的計(jì)算機(jī)沿途拾取的任何信號(hào)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些數(shù)字化儀使我們能夠精確測(cè)量波動(dòng)，并未納秒時(shí)間尺度上的光強(qiáng)度測(cè)量提供了前所未有的靈敏度，比 20 世紀(jì) 70 年代納拉布里干涉儀所達(dá)到的靈敏度高出大約十倍?！?/p>

虹科測(cè)試測(cè)量

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審核編輯 黃宇