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天體物理專業(學術型)

【恒星研究領域】

1.雙星演化的基本物理過程

天空中的恒星大約一半屬于雙星，大質量恒星中雙星的比例可高達百分之七十。雙星的兩子星在引力的作用下互相繞轉，并發生相互作用，使得雙星演化與單星演化截然不同。雙星演化解釋了恒星世界的絕大多數謎團，可以形成一些重要天體如Ia型超新星、恒星級雙黑洞等，與宇宙學和引力波天文學密切相關。潮汐和物質交換是雙星中最常見的相互作用。雙星間物質交換的動力學穩定性，以及動力學非穩定時形成的公共包層及演化過程是雙星演化理論中兩個基本未解問題。該研究方向主要通過建立物理模型來研究雙星的兩個基本未解問題，同時研究非守恒物質交換(一顆恒星丟失的物質不能被另一顆恒星完全吸積)、角動量損失方式、星風吸積等雙星間發生的一些物理過程。目前，云南天文臺大樣本恒星演化團組成員建立了恒星絕熱物質損失模型和熱平衡模型，將雙星快速物質損失過程中的物理結構變化與軌道系統的演化、物質交換的邊界條件假設等分離，降低了研究雙星快速物質交換問題時的難度和維度。

2.雙星星族合成

雙星星族合成是指根據恒星(雙星)演化的一般規律，同時演化數百萬顆恒星，得到某類或某幾類恒星的總體特征，并同時追蹤某些復雜恒星系統的個體行為。上世紀90年代，隨著國際天文觀測手段和方式的巨大改變,雙星星族合成研究得到發展，并逐漸成為恒星研究一個重要學科分支。目前，雙星星族合成是大數據時代下研究特殊恒星的普適方法。云南天文臺大樣本恒星演化組是雙星星族合成研究的開拓者之一，在世界上對雙星星族合成的發展做出了重要貢獻，利用雙星星族合成方法在鋇星、熱亞矮星、Ia型超新星前身星、X射線雙星等特殊恒星的研究上取得了國際領先的研究成果，并推動了雙星在星族、星系研究中的應用。

3.演化星族合成

由于星系距離遙遠難以直接分解為恒星，只有通過比較各種星族組分的合成效果同星系的積分測光和分光特性來確定其星族組成。演化星族合成法是利用恒星演化理論得到星團或星系中具有各種初始質量和化學成分的恒星在赫羅圖上隨時間的分布，并將每時刻光度、有效溫度等物理量通過恒星光譜庫轉化為觀測特征量，然后在初始質量函數和恒星形成率等基本假設下，按照一定算法得到星團或星系的光譜等積分特性隨時間的演化。云南天文臺的演化星族合成模型和方法研究始于2000年，率先在模型中包含了雙星(2004年，Yunnan模型)，比國際上早4-5年。雙星相互作用會產生一些溫度非常高的天體。這些天體對星族積分光譜的短波部分有重要貢獻。近年來，Yunnan模型被不斷改進和優化，加入了動力學效應，被應用于近鄰星系研究，包括星系參數確定、星系形成、演化、HII區等。

4.基于LAMOST、CSST的雙星科學研究

我國自主研制的大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(LAMOST)理想狀態下可以同時觀測4000個目標源。截止2019年3月，LAMOST已經發布了1125萬條光譜數據(DR6)，其中高信噪比光譜(S/N>10)達到937萬條，并同時發布了世界上最大的、包括636萬組恒星參數的星表。中國空間站多功能光學設施(CSST)預計2024年發射，波長覆蓋范圍為255-1000nm，有望在十年巡天的時間里獲取數十億恒星的測光數據和數億條恒星光譜。CSST的高空間分辨率和極深的巡天深度，使得我們不僅對銀河系，還可對仙女座星系、三角座星系等數百個近鄰星系中的單顆恒星進行觀測。該研究方向主要是通過LAMOST二期中分辨率光譜巡天5年的觀測,對雙星比例、雙星的軌道周期分布、質量比分布及其對金屬豐度、恒星光譜型的依賴關系給出全面的統計分析。基于CSST參數設置，開展CSST雙星科學預研究，包括雙星族的基本性質、光譜雙星、雙星演化形成的特殊恒星、超高速星等。

5.Ia型超新星前身星及爆炸

人們通過Ia型超新星測距，發現宇宙在加速膨脹，推出了暗能量的存在。現在，人們正在利用Ia型超新星測量暗能量的物態方程及其隨時間的演化。同時，Ia型超新星還被用來驗證廣義相對論的基本假設，Ia型超新爆炸是星系化學演化中鐵元素的主要來源。物理本質上，Ia型超新星來自于碳氧白矮星的熱核爆炸。恒星演化形成的白矮星的質量峰值在0.6個太陽質量附近，遠低于白矮星的最大穩定質量(錢德拉塞卡質量極限附近)。因此，白矮星需要增加質量，達到最大穩定質量極限時，在內部點燃了不穩定的熱核燃燒，生成了大量的56Ni，并瞬間將整個白矮星炸碎。白矮星的質量增加過程(前身星問題)和爆炸過程是目前Ia型超新星研究領域最核心的問題。云南天文臺的Ia型超新星研究主要有恒星的初始-終止質量關系(該關系決定了白矮星誕生時的質量)、白矮星吸積模型和質量增長過程、Ia型超新星爆炸拋射物與伴星的相互作用等。

6.致密天體引力波源(恒星級雙黑洞、雙中子星、雙白矮星等)

1915年，愛因斯坦廣義相對論預言了引力波的存在。引力波是物質和能量劇烈運動和變化能產生一種物質波，被稱為時空的漣漪。2015年9月，人類首次成功捕獲到了恒星級雙黑洞并合產生的引力波信號，標志著引力波探測天文學的開啟。在未來會有越來越多的引力波探測器，例如，歐洲的LISA、日本的KAGRA、中國的天琴、太極。致密雙星系統是一類重要的引力波源，這類雙星主要包括：雙黑洞、雙中子星、雙白矮星、中子星-黑洞雙星、白矮星-中子星雙星等。這些天體，特別是黑洞、中子星，由于電磁輻射少，不易被探測到，目前探測的數量比較少。引力波探測提供了一種新的探測手段。隨著引力波時代的全面到了，我們可以期待能探測到大量這些天體。致密雙星是恒星(雙星)演化的產物，引力波探測到大量的致密星，給恒星和雙星演化提供了大量的研究對象，推動恒星和雙星演化理論的發展。大樣本恒星演化團組在此研究方向的研究主要包括大質量恒星和雙星演化、雙致密星的形成以及其星族合成研究。

7.特殊恒星(毫秒脈沖星、X射線雙星、新星、熱亞矮星、藍離散星)

宇宙中一些特殊的恒星徹底顛覆了人們對恒星的很多印象。有“宇宙燈塔”之稱的脈沖星可以發出類似人類“脈搏”的射電信號，該信號曾被認為可能來自外星人。有一些脈沖星的自轉周期可以達到毫秒級。太空中有類似“超級CT機”的X射線雙星，黑洞或中子星吸積伴星物質從而產生超強的X光。中國古代“客星”(現代天文稱為新星)，能夠突然出現并在一段時間后消失。恒星在演化過程中可以將整個外包層遺失變成溫度高、體積小的熱亞矮星，為年老的橢圓星系提供紫外輻射。被西方媒體稱為“吸血鬼恒星”的藍離散星，通過吸積伴星的物質來實現自己的“返老還童”。這些特殊恒星一般都與雙星演化相關。特殊恒星為完善和檢驗恒星演化和雙星演化理論作出了巨大貢獻。該研究方向主要是通過雙星演化理論和雙星星族合成來研究特殊恒星的形成和演化。

8.恒星的誕生、死亡與天體化學

我們在銀河中看到的恒星大都是一個個熾熱的星球，但是它們都誕生于稠密分子云中的低溫氣體和塵埃。在它們恒星生命的最后階段，它們又將以低溫氣體和塵埃的形式將很大一部分核燃燒的灰燼反饋回星際空間。在恒星的生與死這兩個關鍵階段，它們都宿命般地與低溫星際介質相遇，完成一個生命循環，并呈現為銀河系中明亮的紅外和毫米波輻射源。在恒星形成區的星際氣體塵埃云和演化晚期恒星的星周氣體塵埃包層中，都發生著豐富的分子化學反應過程，并在天文觀測中產生眾多的分子譜線的輻射或吸收特征，成為示蹤這些低溫氣體結構的物理化學狀態的極佳探針。云南天文臺大樣本恒星演化組利用智利北部絕佳天文觀測臺址上的世界頂級望遠鏡，比如ALMA、VLTI等，開展對分子云、恒星形成區、演化晚期恒星，以及其中的天體化學現象的觀測研究，解決低溫氣體和塵埃物質領域內的前沿科學問題，包括銀河系太陽附近的中小質量恒星成團形成的模式和驅動機制、恒星演化晚期強大星風物質外流的驅動機制和規律等。

9.雙星與變星

雙星和變星均為宇宙中重要的時變天體。雙星是天體物理研究的“實驗室”，同時也是尋找系外行星和獨特演化黑洞等的重要場所。當各種類型的天體如巨星、白矮星、中子星和黑洞等是密近雙星的成員時，可為研究這些類型的天體提供有利條件。另外，當聚星、星團和河外星系等中出現密近雙星和變星時，可以把它們的起源和這些天體系統的形成等研究結合起來。因此，雙星與變星是天體物理中最具科學潛力和智力挑戰性的研究領域之一。主要研究內容如下：以雙星和變星為探針搜尋和研究獨特演化的中子星和宇宙中潛伏的黑洞;重要演化階段上晚型潮汐磁鎖定雙星的觀測研究;激變雙星和X射線雙星等爆發天體的觀測和研究。雙星環境下褐矮星和系外行星的系統搜尋;聚星、星團和河外星系中的密近雙星和脈動變星的觀測研究;大質量雙星的觀測與系統研究;Ia型超新星和γ射線暴前身星的搜尋等。

【太陽研究領域】

太陽是離地球最近并且對人類最重要的一顆恒星，直接影響著現代人類的宜居生存環境。以磁場活動為特征的太陽爆發會引起地球空間環境的重大變化。日冕物質拋射形成的高密度、高速度的等離子體流及其形成的激波到達地球附近后，可引起地球磁層、電離層以及地磁場的激烈變化，形成災害性空間天氣，對日益依賴于衛星通訊、空間觀測和石油電力輸運的現代化社會產生危害性的影響。太陽也是唯一能讓我們直接觀測到磁結構細節的恒星。對太陽活動規律和機制的研究結果和研究方法也可以推廣到其它天體磁活動現象的研究中,對這些領域中的研究具有重要的指導意義。因此，開展對太陽物理的研究，不但對科學研究，而且對社會、國防和國民經濟都具有非常重要的意義。

云南天文臺太陽物理研究內容包括：太陽磁活動及爆發的觀測研究、日冕磁場測量、太陽活動的磁流體動力學(MHD)數值模擬、以及太陽的周期性變化。太陽活動和爆發起源于太陽磁場的變化和日冕磁場結構失去平衡，是太陽大氣中磁場與磁場、磁場與等離子體之間相互作用的結果和外在表現。其本質是磁場能量與其它能量之間的的轉換。對太陽活動和爆發的研究涉及四個方面：爆發前后磁場拓撲結構的變化、能量轉換和磁能儲存;磁重聯的物理本質;耀斑和CME的動力學過程;CME及行星際激波的傳播和演化。

對太陽周期性變化的研究主要以統計的方式進行。利用統計的方法尋找信號的周期和尋找周期性信號在太陽物理研究領域內是一項經典的工作，是最受關注與重視的太陽物理研究工作之一。隨著太陽觀測數據的急劇增加和數學處理方法與分析手段的不斷進步發展，這一工作變得越來越復雜與日益重要。作為“等離子體實驗室”與恒星樣本的太陽，研究其活動與變化的周期性有著重要的意義。太陽是日地空間環境的主宰，有些太陽活動周期在地球上有著明顯的反映，如備受關注的全球變暖問題就與太陽11年的活動周期關系密切。

【高能天體研究領域】

高能天體物理是研究發生在宇宙天體上的高能現象和高能過程的學科，它所涉及的能量同物體靜止質量的能量相當，并有高能粒子或高能光子參與。隨著空間技術和基本粒子探測技術在天文觀測中的廣泛應用，以及高能物理對天體物理的不斷滲透，高能天體物理已成為天文學的研究前沿之一，云南天文臺有高能天體物理的研究隊伍，開展如下研究，取得重要研究進展和成果。

1.脈沖星的研究

脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子，并稱為20世紀60年代天文學“四大發現”。一般認為，脈沖星是快速旋轉的具有強磁場的中子星。在磁場中運動的荷電粒子產生同步-曲率輻射，形成一個與中子星一起轉動的輻射波束。當這一波束掃過地球時，我們就可以觀測到一個脈沖信號，這稱為“燈塔”效應。

目前已觀測發現了約3000顆脈沖星，其中大部分是孤立的，僅有200多顆存在于雙星系統中。根據輻射能段的不同，脈沖星可分為射電脈沖星、X射線脈沖星和γ射線脈沖星等。目前在軌的Fermi伽瑪射線望遠鏡已探測到了250多顆伽瑪脈沖星，其中首次確立了毫秒脈沖星是強伽瑪輻射源，對脈沖星輻射理論模型提供了強有力的約束和限制。中國的500米FAST射電望遠鏡是目前世界上最大最靈敏的射電望遠鏡，目前已發現了幾百顆全新的脈沖星。脈沖星也是在建和未來大型觀測設備(如LHAASO和CTA)的主要觀測對象，有望探測到一批在甚高能波段具有脈沖輻射的脈沖星。

脈沖星的發現證實了對中子星的預言，在認知中子星產生的主要機制、尋找太陽系外行星系統、研究星際介質、“脈沖星”鐘等方面都有重要的應用。脈沖星具有超強的磁場和引力場，被當作天然的極端物理條件實驗室，可以為核物理、粒子物理、等離子體物理、量子物理、廣義相對論和引力波等的研究和檢驗提供獨特場所。此外，脈沖星也極可能與宇宙中最奇異和劇烈的爆發現象，如伽瑪射線暴(GRB)和快速射電暴(FRB)都有關系。因此，脈沖星的理論和觀測研究對推動天文和物理學相關領域的發展都有著極其重要的意義。

2.超新星遺跡的研究

超新星遺跡，是大質量恒星塌縮，發生災難性爆炸后，原來恒星的包層物質被拋射到星際空間而形成。通過對這些天體的大量觀測，我們能夠了解超新星、前身星、以及前身星的包層的特征。根據超新星爆炸后的輻射形態，超新星遺跡一般分為兩類：第一類最重要，其射電、光學、X-射線和伽瑪射線輻射起源于擴展殼層，即稱為殼型超新星遺跡(shell-like)。另一類是實心型或Crab-like型超新星遺跡，主要特征是遺跡中心最亮和中心存在致密天體(年輕的脈沖星)。超新星遺跡的動力學模擬和觀測到的輻射形態多樣性，揭示了超新星遺跡演化過程中發生豐富的宏觀和微觀物理過程，例如超新星的形成、前身星風的特征、星際介質的分布、星際磁場的結構、核的合成以及粒子的加速機制等。

根據超新星遺跡的射電和伽瑪射線的觀測特征，普遍認為超新星遺跡是膝區銀河系宇宙線粒子的重要加速區域，由于超新星遺跡演化過程中產生的強激波，暗示擴散激波加速(DSA)過程是超新星遺跡加速粒子的主要過程之一。隨著對超新星遺跡的X射線和高能伽瑪射線的精細的觀測和數據分析，發現了超新星遺跡的復雜的輻射形態和精細結構，為我們進一步開展超新星遺跡的動力學演化和粒子加速機制的細致研究提供了重要的實驗數據。

3.X射線雙星的研究

宇宙中大多數星體是以雙星或者多星系統存在的。X射線雙星(XRB)系統是雙星系統的一個子類，一般是由致密星(中子星或者黑洞)和非致密星(主序星)組成。在X射線雙星系統中，致密星通過吸積伴星的物質，主要通過輻射X射線來釋放引力勢能。XRB的輻射主要來自于中心天體、多溫吸積盤、高溫冕中的熱等離子體，以及物質拋射和噴流等。由于致密天體附近存在強引力場和強磁場，XRB成為探測廣義相對論效應的一個極端物理環境實驗室。對XRB的研究勢必推進吸積盤，噴流等理論的發展，也是發現新的物理規律的重要途徑。因此，一系列空間天文衛星都將XRB作為主要觀測目標源。我國近期發射的慧眼(HXMT)衛星的一個核心科學目標就是研究XRB。

在觀測上，根據爆發源的亮度、能譜形狀和時變性質，XRB的爆發隨著流量的增加一般會經歷寧靜態、低/硬態、轉換態、高/軟態，然后隨著流量的降低再經過轉換態，低/硬態，最后重新回到寧靜態。雖然大部分的XRB的爆發現象都可以通過致密星周圍劇烈的吸積過程來解釋，但是還有好多物理問題至今尚無定論。

準周期震蕩(QPO)是天體的輻射流量隨時間做準周期變化的一種觀測現象。XRB當中存在豐富的QPO觀測現象。在豐富的QPO現象中，最引人注目的是在NS-XRB中發現了千赫茲準周期震蕩(kHzQPO)。這種高頻準周期震蕩(HFQPO)現象很可能是探索強引力場和驗證廣義相對論的探針。目前對kHzQPO產生的物理機制還沒有定論。

在中子星LMXB系統中，吸積到中子星表面物質(氫和氦)的不穩定燃燒而產生的爆發，稱之為I型X射線暴或I型暴。I型暴是研究致密天體物理的重要探針，首先，I型暴的出現可以確定致密天體為中子星;其次，通過I型暴可以研究中子星物理。

逐漸興起的引力波天文學也為X射線雙星的研究打開了一扇新的大門。在新的引力波觀測中探測到了大質量的恒星級黑洞和大質量中子星候選體，對現有的恒星演化理論和致密星的狀態方程認知都提出了強有力的挑戰。引力波觀測極有可能幫助我們發現在理論上已經預言存在，而在電磁波段很難觀測到的中子星-黑洞雙星系統。

4.伽瑪射線暴的研究

伽瑪射線暴是宇宙中爆發最為劇烈的天體。伽瑪射線暴的研究是當前天體物理研究的前沿和熱點問題。伽瑪射線暴在數秒至數百秒的時間之內釋放出巨大的伽瑪射線能量，伽瑪射線暴的中心引擎和輻射機制是當前的未解之謎。伽瑪射線暴的輻射不僅包括伽瑪波段，還包括射電波段、光學波段、X射線波段和甚高能波段，伽瑪射線暴的多波段觀測和理論研究是這一研究領域的重要方向。特別是，甚高能波段的伽瑪射線暴的觀測和理論研究和我國當前正在研制的切倫科夫望遠鏡密切相關。伽瑪射線暴是宇宙學距離的天體，伽瑪射線暴的研究和宇宙中不同時期的恒星形成和演化緊密聯系。近年來，LIGO/VIRGO探測到的引力波事件GW70817的電磁對應體正是伽瑪射線暴，引力波電磁對應體的多波段觀測和理論研究也是我們重要的研究方向。

5.活動星系核及宿主星系的研究

活動星系核是宇宙中一類明亮的天體，可以在百萬年的時間上，相對穩定地輸出巨大能量，其亮度遠超過了整個銀河系的亮度。活動星系核中心有超大質量黑洞、吸積盤、寬發射線區、窄發射線區、塵埃環等物理結構，中心黑洞質量可以達到106—1010M⊙(M⊙是太陽質量)，在中心黑洞的引力作用下，氣體、塵埃等旋轉著往黑洞下落，這些下落物質的角速度在不同半徑處有差異，產生了摩擦，從而將引力勢能轉換成氣體內能，并產生了一個盤狀的結構-吸積盤，吸積盤的高溫氣體產生了可觀測的熱輻射。黑洞是看不到的，只能通過觀測其吸積盤輻射，間接地研究黑洞。2019年4月，我們采用事件視界望遠鏡聯合觀測研究得到人類首張超大質量黑洞照片。超大質量黑洞的觀測和理論研究也是我們開展高能天體物理研究的重要內容。

活動星系核中心可能存在超大質量雙黑洞系統，通常認為是兩個活動星系核帶著各自的中心黑洞，通過宿主星系并合，最終形成一個活動星系核，兩個黑洞形成一個相互繞轉的雙黑洞系統，這個雙黑洞系統能夠產生一些奇特的觀測現象，如周期性光變，觀測與理論預言相符。

可以通過氣體運動學、恒星運動學和動力學等方法測量近鄰星系中的黑洞質量MBH。目前，反響映射法是測量MBH的常用方法。反響映射法給出的寬發射線半徑與望遠鏡干涉觀測到的半徑結合，可以用來研究宇宙學模型及其參數。

對于近鄰星系，黑洞質量MBH與宿主星系的核球恒星速度彌散σ*之間有相關關系，它反映了宿主星系與中心黑洞的協同演化。這種協同演化是天體物理研究的前沿與熱點。

活動星系核中有一個特殊子類-耀變體(blazar)，這類源有噴流，尺度可達到百萬光年，從射電到伽瑪射線都有很強的輻射，認為是噴流中的相對論粒子的非熱輻射，有的噴流還觀測到了視超光速現象。噴流與中心黑洞密切相關，是研究黑洞物理的一個重要途徑。

6.活動星系核與伽瑪射線天文的研究

活動星系核是最主要的河外伽瑪射線源。目前，Fermi望遠鏡探測到了數千個GeV伽瑪射線活動星系核，地面的大氣成像切倫科夫望遠鏡探測到了大約80個TeV伽瑪射線活動星系核。活動星系核也是在建和未來大型探測設備(如LHAASO和CTA)的主要觀測對象。活動星系核的伽瑪射線是研究噴相對論流物理和超大質量黑洞-噴流系統的重要信息。此外，活動星系核的伽瑪射線輻射也可用來開展宇宙學參數(如哈勃常數)的限制、星系際磁場的限制和新物理的探索等。

宇宙學參數的限制：活動星系核的伽瑪射線光子在傳播過程與紅外-紫外背景光(EBL)相互作用(滿足閾值)從而被吸收，這個吸收效應會在伽瑪射線譜上留下痕跡，并且它與源的距離有關，距離越遠吸收越明顯。而源的距離又與宇宙學參數相關，即該吸收效應與宇宙學參數關聯。通過GeV-TeV的觀測可以很好得確定活動星系核伽瑪射線譜中EBL的吸收效應，從而對宇宙學參數的進行限制。這提供了一個獨立測量宇宙學參數的方法，有助與解決“哈勃常數危機”。

星系際磁場的限制：活動星系核的TeV輻射在傳播過程中與EBL作用會產生高能正負電子對，它們通過逆康普頓散射宇宙微波背景光子產生GeV輻射。星系際磁場會偏轉這些電子對，從而調制次級GeV輻射。因此，利用Fermi望遠鏡的觀測可以限制星系際磁場。

新物理的探索：洛倫茲不變是現代物理的基礎之一，是量子場論中的基本對稱性，但是在一些量子引力理論中，洛倫茲不變在普朗克能級尺度上可能被打破。洛倫茲不變破缺可以改變光子-光子相互作用的閾值，從而改變活動星系核伽瑪射線輻射的不透明性，這使我們可以在活動星系核的伽瑪射線能譜中尋找洛倫茲不變破缺的線索。

【系外行星領域】

中國科學院云南天文臺在太陽系外行星領域的研究包括巡天探測、凌食中間時刻變化(TTV)和凌食持續時間變化(TDV)分析、透射光譜、主星和行星的磁場相互作用、行星大氣等課題。通過與香港天文學會合作，我們在云南天文臺麗江觀測站建設了45cm云南-香港寬視場巡天望遠鏡。該設備從2016年開始正式運行以搜尋新的凌食系外行星系統，目前已經發現了10多顆凌食系外行星候選體以及200多顆其它類型的變源。通過與韓國天文學與空間科學研究所(KASI)合作，利用麗江觀測站2.4米望遠鏡附加高色散光纖攝譜儀和韓國BOAO1.8米望遠鏡附加BOES攝譜儀開展了系外行星的精確視向速度搜尋工作，已經發現若干顆系外行星候選源。利用TTV和TDV技術分析空間望遠鏡Kepler和TESS的數據以及地面望遠鏡的觀測數據，發現和確認了4顆系外行星。目前，正在利用高、中、低色散的光譜觀測手段研究主星和行星的磁場相互作用以及系外行星的大氣性質，使用和計劃申請使用的望遠鏡包括麗江觀測站2.4米望遠鏡、國家天文臺興隆基地2.16米望遠鏡、BOAO1.8米望遠鏡、CAHA3.5米望遠鏡、CFHT3.6米望遠鏡、中國的2米空間望遠鏡CSST等。已經與英國、法國、德國、韓國、芬蘭等國的相關研究團隊建立了穩定的合作伙伴關系。

天體測量與天體力學專業(學術型)

天體測量與天體力學是精密測定天體位置和研究天體運動規律的學科，它提供人類探測宇宙最基本的知識與方法。精確研究天體系統動力學形成與演化,為社會經濟發展，特別是為航天國防等部門提供最直接的支持,同時極大地促進了數學、物理、地球科學、天文地球動力學以及非線性科學等相關學科的發展。

1.衛星激光測距技術研究

衛星激光測距(SatelliteLaserRanging,SLR)的原理是使用望遠鏡、短脈沖激光、單光子光電探測器以及高精度時間間隔測量設備等，來測量激光脈沖在地面觀測站到帶激光后向反射器的地球軌道衛星之間的飛行時間(TimeofFlight，TOF)，該時間乘以光速即為被測衛星到地面站的距離。該技術涉及到光機電等多個方面，隨著各個領域技術的日新月異，自從20世紀六十年代首次實現激光跟蹤以來，衛星軌道距離的測量精度已得到了顯著提高。現在，最先進的激光測距系統單次測量精度可達到3-8mm，等效到標準點的精度優于1mm。高精度的SLR數據，可應用于地面站的精確地心位置及其運動、衛星精密定軌、地球重力場的分量及其時間變化、地球方向參數(EarthOrientationParameter,EOP)等科學的研究。國際激光測距服務(InternationalLaserRangingService,ILRS)收集了全球各衛星激光測距站每日的觀測數據，故其可提供全球衛星激光測距數據及其派生數據產品，以支持大地測量學和地球物理學等方面的研究。云南天文臺近幾年衛星激光測距技術飛速發展，數據的質量與數量名列國際前茅，特別是對我國北斗導航衛星定位提供很好的數據支撐，目前正在向高精度和自動化方向發展，應用空間很大。

全球測站數據量分布圖

2.空間碎片激光測距技術與應用

隨著航天活動的不斷增加，空間碎片的數量越來越多，對在軌航天器的威脅越來越嚴重。確定空間碎片的精確位置，可以為在軌目標的碰撞預警分析提供支持。由于空間碎片的增多，在軌目標發生碰撞的風險明顯增加，曾經發生過多次在軌目標的碰撞事件。為減少在用衛星的碰撞風險，世界強國均基于目標的軌道，做碰撞預警分析，為此每年均有多次衛星機動變軌。碰撞預警分析的前提是已知在軌目標的精確軌道，據此計算出碰撞風險參數，確定在軌目標是否采取規避機動措施。而風險參數確定的最重要因素是在軌目標的位置信息，位置信息越精確，風險分析的結果越可靠。

對在軌目標的激光清除需要精確的位置信息。為保持在軌目標安全，世界強國在研究空間碎片清除技術，期望將來能夠提供一個安全的空間環境。對空間碎片的清除難度很大，目前認為最為可能的方法之一是利用強激光技術，改變碎片的運動參數，使之逐漸降低軌道高度墜落到大氣層燒毀。激光清除碎片的主要原理是利用激光的燒蝕效應，降低碎片的速度。要產生燒蝕效應，必須盡可能提高激光照射到碎片上的功率密度，需要激光的發散角盡可能小，甚至應聚焦在碎片上，因此需要精確的目標位置信息。

激光測距技術是靈敏度高、測量精度高的一種技術手段。其探測靈敏度可以達到一個光子。云南天文臺在空間碎片測距領域，已經能夠做到對30cm大小的碎片測量距離到1000km以上，測距精度優于1m。目前正在向更小、更遠空間碎片激光測距技術發展。

3.月球激光測距技術與科學應用

月球激光測距是通過精確測定激光脈沖從地面觀測站到月面反射器的往返時間，從而計算地月距離。地月間激光測距是一項綜合技術，它涵蓋激光、光電探測、自動控制、空間軌道等多個學科領域，是目前地月距離測量精度最高的技術手段。月球激光測距觀測資料對天文地球動力學、地月系動力學、月球物理學以及引力理論驗證等諸多領域的研究有重要價值。2018年1月，云南天文臺成功實現月球激光測距，填補了我國在月球激光測距領域的空白，使得我國成為繼美國、前蘇聯、法國、意大利之后，第五個實現月球激光測距的國家。該項技術成果入選“2018年度中國天文十大科技進展”。云南天文臺為中山大學研制了一套基于1064nm波長的月球激光測距系統，已經獲得月面五個角反射器的全部信號。目前云南天文臺正在開展高精度月球激光測距研究，包含月球激光測距數據的科學應用研究。

月面角反射器位置

激光測月照片

4.空間目標特性研究

自1957年首顆人造衛星上天以來，人類航天活動越來越頻繁，現有數以萬計的空間目標在繞地球運行，包括正常衛星、失效衛星、火箭體以及數不勝數的空間碎片，尤其近年來SpaceX公司StarLink等星座計劃的實施，太空環境擁擠不堪，碰撞風險顯著提高，碎片減緩和主動清除應運而生，正在積極推進。

空間目標特性包括形狀、有效載荷、姿態等信息，其中姿態是通過地基觀測最有可能獲得的特性之一。姿態對于碰撞預警、主動清除都至關重要。對于碰撞預警，目標的軌道預報精度越高，預警的虛警率和漏警率就越低，預警的可靠性也就越高。大氣阻力、太陽光壓等表面力與目標形狀和姿態息息相關，制約了軌道定軌預報精度。對于新近提出的主動清除，姿態也是首要需要關注的問題之一。此外，姿態還可以作為輔助信息對衛星進行綜合研判。

光度觀測是地基光學觀測的主要手段之一，只要目標可見、亮度足夠、觀測站天氣良好即可獲得，其與測站-目標-太陽的幾何關系、目標的形狀、目標的表面反射特性、目標的姿態相關。

1.2m望遠鏡火箭體光度建模

光度曲線

另外，利用衛星激光測距技術研究目標旋轉姿態也是一個新興的發展方向，云南天文臺利用激光測距數據成功對某些衛星的自轉周期進行了測量，特別是利用超導陣列探測器技術對非合作目標進行了姿態和自轉周期研究，得出了很好的結果，目前正在進一步推進該方法的應用研究。

關于空間目標姿態研究，國際上雖研究開展較早，但仍處于發展階段，國內則尚屬起步階段，有很強的發展空間和應用前景。

光變曲線測量示意圖

利用激光和光度數據同時獲取目標自轉周期

5.天體測量技術與應用

天體測量學的主要任務：1、根據天文學研究和相關學科發展需要，測定天體的位置和運動，以天體測量星表的形式建立準慣性的天球參考架，作為參考基準用于地球自轉參數的測定、地面點的坐標及變化的測定、太陽系天體動力學參考架的建立;2、測定天文常數，建立高精度的天文常數系統;3、為相關學科提供有用的測量數據，例如提供高精度的太陽系天體位置促進太陽系動力學研究;提供不同類型恒星的位置、自行、視差和亮度促進銀河系運動學和動力學研究。

GAIA是歐洲空間局提出的第二代天體測量衛星計劃，GAIA計劃向日地軌道的拉格朗日點發射帶有多臺望遠鏡的人造衛星，用于獲取高精度的地外天體測量觀測資料。在2013年12月19日，新一代天體測量衛星Gaia衛星發射成功，并于2016年9月14日發表了GaiaDataRelease1(GDR1)星表。最新的數據GaiaDataRelease2(GDR2)，成為精度最高的星表。利用GAIA星表的數據開展相關研究成為天體測量學的前沿。

太陽系天體主要包含行星及其衛星、矮行星、小行星、彗星等，太陽系天體的天體測量觀測是天體測量學科的一個重要觀測研究課題，對太陽系的起源和演化、小行星以及系外行星的探測研究有重要意義：1、能夠改善軌道理論，提高歷表精度;2、行星物理研究;3、太陽系的起源、形成和演化;4、深空探測;5、分析確定恒星星表的系統效應;6、近地小天體的預警和防范。

云南天文臺天體測量研究歷史悠久，曾經參與中國光電等高儀系統的等高總星表(GCPA)的編制。參與完成中星儀、二型光電等高儀(昆明)，主持完成低緯子午環、多功能天文經緯儀研制，開展垂線偏差的觀測研究和地震預報的應用研究;在天體測量誤差分析、觀測數據處理、歸算等領域有創新研究;開展小行星的高精度觀測研究和GAIA衛星星表的應用研究;開展中國空間望遠鏡天體測量課題的預研究。

天文技術與方法專業(學術型)

云南天文臺天文技術與方法學科致力于將光機電、計算機技術、控制技術、數據處理等領域的最前沿技術應用于來自宇宙和天體輻射信息的探測分析，提高人類對宇宙和天體輻射信息的探測能力，加深和改變人類對宇宙的認知。

1.天文儀器與方法

以撫仙湖太陽觀測站、麗江高美古觀測站和天文技術實驗室為依托，主要開展大型天文望遠鏡關鍵技術、太陽磁場測量技術、光譜觀測方法與儀器、偏振測量方法與儀器等方面的研究，提升現有觀測平臺的觀測能力，為下一代天文望遠鏡及終端儀器的研制儲備關鍵技術。

一米新真空太陽望遠鏡(NVST)是我國口徑最大，空間分辨率最高的太陽觀測平臺，配備了多通道高分辨觀測系統、多波段光譜儀、大色散光譜儀等終端儀器，依托該平臺開展太陽高分辨率觀測技術、光譜觀測技術和太陽磁場測量技術的研究。

2.4米望遠鏡是我國口徑最大的綜合性天文望遠鏡，配備了高色散光譜儀、YFOSC、LiJET等終端儀器，依托該觀測平臺開展光譜觀測技術、高精度光度測量技術等方面的研究。

天文技術實驗室主要開展望遠鏡控制技術、高精度偏振測量技術、主動光學技術、終端儀器光機系統設計與研制等方面的研究工作。

2.高分辨率成像技術

地球湍流大氣和望遠鏡像差嚴重影響大口徑天文望遠鏡的成像分辨率，本學科方向主要開展圖像統計重建技術、最優化方法、機器學習等數據處理技術應用于天文目標的數據處理，抑制地球湍流大氣、望遠鏡像差的影響，獲取衍射極限分辨率的天文目標數據。目前主要依托一米新真空太陽望遠鏡(NVST)開展太陽高分辨率觀測技術的研究，致力于太陽光球、色球和磁場的高分辨率觀測的研究。

3.射電天文

射電波段是天文觀測研究的重要組成部分，其研究目標涵蓋近地天體/環境，直到遙遠的宇宙天體。目前主要研究內容包括脈沖星觀測技術方法，以實現脈沖星導航、脈沖星鐘為目標;太陽射電天文技術方法，以實現對太陽的高頻率分辨率(好于百kHz)和高時間分辨率(毫秒級)為觀測為目標;低頻射電天文技術方法，以研究寬帶(高于二個倍頻程)低頻天線、低頻射電陣列組陣技術和數字波束合成技術為目標。

4.紅外天文技術

紅外波段是宇宙學、系外行星探測、太陽磁場測量等天文觀測所需的重要觀測波段，本學科方向開展紅外天文探測器、天文儀器的紅外(熱)輻射分析以及紅外系統集成有關的研究工作，為設計和研制下一代地基太陽觀測設備打好基礎。

5.天文數據處理

從實測數據中如何準確的提取觀測目標的光度、光譜信息、偏振信息是天文數據處理方向的研究目標。本學科方向針對實測數據受到探測器噪聲、光子噪聲、光機系統的各種偏差，天光背景等因素的干擾，天文數據處理將包括深度學習等各種數據處理與分析技術應用于天文實測數據的分析中，獲取天文目標的準確的電磁波信息。

電子信息(專業型)

1.天文光學技術及應用

建立以天文光學技術應用為主導的先進的創新技術研發平臺，力爭提升國內高端大型光學裝備制造、光電成像技術等領域的工程化技術研發和產業化能力，促進相關的技術進步和產業升級。

2.天文望遠鏡

開展大口徑光學/紅外望遠鏡的設計和檢測技術研究，以帶動大口徑望遠鏡的光機制造和望遠鏡控制技術等相關領域的發展;通過對大口徑望遠鏡系統的仿真優化設計、大鏡面拼接技術、主動光學技術、望遠鏡光學檢測及裝調技術、光機電集成技術和等開展研究，力爭解決大科學工程實現的主要關鍵技術問題，帶動光學制造、光機結構和光機電一體化等相關領域的發展。