CARMA 2012 暑期学校

(每年都有大量学生参加各种暑期学校, 这也是天文专业训练中最重要的部分之一. 今天由吕行同学给大家介绍一下参加CARMA 暑期学校的记录, 以及发生的有趣故事. )

  • 作者:吕行
  • 单位:南京大学/CfA
  • 首先所有报告下载:
    http://carma.astro.umd.edu/wiki/index.php/School2012#Lectures
    在这个wiki上还有很多其他有意思的东西:
    http://carma.astro.umd.edu/wiki/index.php/Main_Page

    CARMA暑期学校今年6月17日-23日在CARMA所在地Cedar Flat举办,相对于著名的Synthesis Imaging Workshop (VLA的那个),这个暑期学校规模很小,只有不到20个人,来的报告人也都是CARMA自家的人,现场指导的有6个人。规模小的好处是,可以和这6位资深人士有充分的讨论,有啥问题随时提问,只要举手总会有人来帮你解决问题。下面为了省事,按流水账说一下这次暑期学校的经历:

    第0天:抵达

    CARMA建在一个很荒凉的地方,从附近的大机场比如洛杉矶LAX开车过去要4个多小时。傍晚我和其他两人搭车抵达CARMA控制室,一堆人在等晚饭,一盆煮得像皮筋一样的意大利面。吃完饭大家聊了一会,然后各自找地方碎觉。CARMA在山下的Owens Valley(就是OVRO那个山谷)有宿舍,可以住在那里,缺点是车程近半小时,每天早晚要上山下山,而且这条路很不安全。想挑战自己的话也可以住在山顶附近的一个露营地,有帐篷,自带睡袋垫子即可,走路20分钟即到控制室,当然要准备好与蝎子蜘蛛蜥蜴兔子野鹿为伍,而且没有洗漱冲凉的地方,只能去控制室观测人员的房间里蹭了。见谷歌地图:
    点此查看googlemap-carma

    第1天:准备

    在帐篷里睡了一晚果然神清气爽,有种卡扎菲的感觉。步行到控制室,还可以看看路边的松林和蜥蜴。报告之前大家互相认识了一下,来自CARMA机构的居多,比如UIUC,UMD,Berkeley等等,有几位来自智利、日本、荷兰,还有西北、范德彪等美国其他大学的同学。之后报告就在这间小小的控制室里开始了。

    第一天的报告当然还是基础,Mel Wright首先介绍了射电观测基础、干涉仪基本原理,和VLA的报告略有重叠(可以比较:13th SIW报告下载),而更偏实用,有很多针对CARMA要注意的细节。之后是Marc Pound简单介绍CARMA的计算设备,其中系统警报用了一首Julie London唱的“Black Coffee”(点此试听)。以前我从来没听说过这人,在这里听了五天之后,铭记在心,永世难忘。

    CARMA的5个阵型a-e,不包括SZA3.5米的8个小天线。取自Mel Wright报告截图。

    CARMA包含不同大小的天线,所以主波束大小各异,做mosaicing的时候会取一个等效的波束。即使做单点观测,因为是不同波束合成出来的,处理数据时也要按mosaicing那一套来做。取自Mel Wright报告截图。

    下午会提供一份“神秘”数据,大家可以拿MIRIAD自己玩一玩,看看里面有什么,试试几个简单的任务,大致对MIRIAD的用法有个了解。然后是介绍观测前要做的工作,例如计算灵敏度,估计观测时间,如何mosaicing,选校准源等。CARMA有一些现成的工具可以用来估算灵敏度,设置correlator(翻译成“相关机”?)等(链接见此),看起来都很方便。最后每个人要提出一个观测计划,Marc把它们一一记录在白板上,大家讨论了一下,没计划或者比较接近的就合并成一组,难度大的往后面放,先选可能性大的,当晚即可观测(然后我被光荣选中做第一个)。

    暑期学校期间CARMA正常的观测暂停,所有时间我们都可以拿来用,每人大概5小时的时间。不过还要按照正常的步骤,先提交一个简单的proposal,做一个观测用的脚本,然后坐在显示器前盯一晚。当晚在专家的指导下填写proposal,在网页上有脚本生成器,填好之后可以自动生成并上传观测脚本,到终端那里run一下这个脚本就开始观测了。中间出了很多问题,感谢John Carpenter的帮助都一一解决了。还在控制室里发现了一只可爱的小动物,看起来很好吃的样子。凌晨3点,找了间空着的观测人员房间,进去洗洗睡了。

    看起来味道不错。摄于CARMA控制室。

    控制室墙上贴了很多野生动物的照片,都是在附近或室内出现过的。左上有个毒蜘蛛。

    第2天:初识

    这天的报告开始讲到MIRIAD的使用和CARMA的具体情况。上午是Doug Friedel讲MIRIAD的数据结构和常用任务(他做幻灯片的程序很炫,wiki上可下载:好像叫Preziplayer?)。他们正在搞一个python的pipeline,可以把观测到的数据快速校准、成图,让我们对结果大概有个认识。之后Nikolaus Volgenau介绍作为一个观测人员的日常职责,似乎这个暑期学校的目的之一就是为CARMA招揽人手,他说“非常欢迎大家在之后12个月内以观测人员的身份回来”。最后Mel简单地讲了imaging要用的几个MIRIAD任务(CLEAN,MOSSDI,MAXEN等等)。

    下午Dick Plambeck开始介绍CARMA的“硬件”,首先是接收机和天线上的斩波轮校准,讲得很清晰,本人受益匪浅。

    接收机的双边带示意图。每个边带最多可以设置8个窗口,最宽500MHz可以测连续谱,最窄31MHz测谱线。取自Dick Plambeck报告截图。

    参观天线可以算这一天最好玩的一项了,三种天线都有专人详细介绍。10米和6米的大天线目前是3mm和1mm的接收机,正在安装1cm接收系统,据说夏天就能装好。3.5米的小天线(SZA,苏尼阿耶夫-泽尔多维奇阵列)只有3mm和1cm的接收机。SZA主要目的当然就是(间接)观测SZ效应,CMB被星系际介质的SZ效应踢成高能光子,变成X/\gamma射线,就会在微波波段留下一个空洞,结合高能的观测就可以确认这些高温的星系际介质。SZA除了几个复杂的部件是买的,从设计到建造调试全是研究生完成的,差距啊!

    10.4米天线后面给1cm接收机预留的位置。

    Doug正在用手柄手动控制6米天线(玩遥控车?)。

    SZA天线。这6个摆得很密集,另有两个放得远一些,提供长基线。

    第3天:相知

    本日报告数量不多,首先是Mel讲校准,gain/phase、bandpass、flux、polarization、pointing等等。他提到了CARMA一个独特的功能Paired Antenna Calibration System(PACS),利用3.5米天线给6米/10米的大天线配对做相位校准,很好很强大。

    PACS示意图。取自Mel Wright报告截图。

    Dick介绍了CARMA做偏振的情况,他们在做一个TADPOL项目,要搜集有分子示踪的外流并且有强毫米波连续谱发射的源,把偏振(磁场)测出来与外流比较。TADPOL主页在此。

    正交偏振计示意图,信号从顶上进去,经过十字形波导管分成了两个偏振。取自Dick Plambeck报告截图。

    最后一个报告是David Hawkins介绍硬件——相关机。印象最深的一点是我明白了相位代表天空平面上源相对于指向中心的位置。随后他带领大家参观了控制室旁边安放各种后端仪器的房间,里面很凉快。Dick又率领我们亲手拆装接收机杜瓦瓶。据说这套冷却系统是日本发明的,可以冷却到4K左右,Dick参加会议的时候听说的,于是搞了一套过来,但是日本同行没提到这系统隔一会儿就会崩溃一次。他们解决了这个问题,成功安装在CARMA天线上,替换了老的冷却系统。最后我们装回去的时候未能免俗,多了几个螺丝。

    第4天:磨练

    到这一天报告已经很稀疏了,同学们大都已经拿到了自己的数据,开始校准、成图、准备报告。Mel的报告是成图中的的几个特殊问题,关于干涉仪的short spacing,mosaicing等。其中提到用干涉仪数据做比带来的问题,之前我一直没意识到。

    (a-a')/(b-b')!=a/b,a'和b'代表"missing flux"。取自Mel Wright报告截图。

    之后又是介绍硬件,Dick讲本振(Local Oscillator,LO)和锁相系统,有很多有意思的内容,比如消除天线之间相对运动带来的额外相位。Nikolaus介绍CARMA未来的发展计划,继续增加带宽、1cm接收机、VLBI等等。最后大家参观了CARMA专用的天线运输车,是这帮人拿军用卡车自己改装的。

    第5天:告白

    汇报的日子到了,不管数据质量咋样,有没有得到预期结果,都要上台展示自己的观测结果。大家做的项目也是五花八门,有小质量恒星形成区的外流和偏振,大质量恒星形成区的外流和偏振(我做的这个),原恒星盘,AGB星的包层,脉泽,银心,近邻星系气体分布,SMG的LED,星系团引力透镜等等。有的同学选了比较保险的,之前几届的暑期学校做过的项目,也得到了很好的新结果;也有选的太冒险,结果没观测到,只好换个简单点儿的源再观测,最后也有不错的数据可展示。对这些项目感兴趣的话可以查看这次暑期学校的备忘录,过几天可能会放在wiki上。

    不论观测源是什么,无非就是这么几种情况:要么看看连续谱,做个偏振或者结合其他波段做SED,或者看高红移星系的光度;要么看一堆谱线,做位置-速度图或者速度场找外流或者转动,或者根据各分子种类的丰度分析化学过程,或者计算星系气体质量。这次出现的亮点是一些同学(包括我)使用3维可视化工具展示位置-位置-速度datacube,效果很好。使用的工具有:
    1.Gaia 3D
    2.SAO DS9 v7.0
    3.以及python的一个包Mayavi2,要自己写一点代码。
    关于3维数据展示可参考astrobites上的这篇文章,相信不久之后就会有更加方便而且强大的工具出现。

    还有一位同学在一个恒星形成区的疑似盘结构附近发现了红移-蓝移-红移-蓝移的速度分布,内部的蓝-红移当然可以解释为盘的转动,外围的相反方向的红移-蓝移她认为是雪茄状的内流。我记得以前听报告时见到过这种速度场(邱科平学长去年访问南大时的报告?),但是却没有任何想法,而这个“雪茄内流”模型不管是否合理,至少能解释现象并且可能被将来的观测证实或证伪,由此我深深地感觉到了自己的差距。

    第6天:自虐

    经历了五天精神上的历练,我们再来练练身体。自备午餐,带好御寒及遮阳设备,早上9点出发,步行进入大山。原计划是到一个湖边就返回,当时才下午1点,于是领队Dick决定带几个人继续向上爬。为了给祖国争光,我咬咬牙跟上去了,后果是看到了冰川,以及脖子上晒掉了一层皮,腿疼了好几天。最后我们六人登上了一座小峰顶,海拔4000米左右,仰观宇宙之大,俯察品类之盛,所以游目骋怀,足以及视听之娱,信可乐也。

    蜗牛背著那重重的壳呀 一步一步地往上爬

    第7天:分别

    各回各家。

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