中国科学院知识创新工程重要方向项目
建议书
项目名称：南银冠u波段巡天 候选项目负责人：周旭 依托单位：国家天文台
参加单位：国家天文台、上海天文台 联系人：周旭 电话：010-64852571 E-mail：zhouxu@bao.ac.cn 所属创新基地：交叉前沿部署
主管专业局/主管专业处：基础局/天文力学与空间科学处
中国科学院计划财务局制
2009年9月3日填
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摘要
随着国际上新的大望远镜的不断出现，在追求高极限星等和高空间分辨本领，对宇宙进行深空观测的同时，通过SDSS等巡天项目，人们越来越意识到大视场多色巡天观测的重要性。 然而，目前除了SDSS将观测小部分南银冠天区外，几乎没有对南银冠的u波段 (3551 ?) 巡天的项目。随着SDSS项目的成功和LAMOST在2008年10月的顺利竣工和试观测的开始，越来越多的天文学家意识到u波段测光数据的重要性，我们希望利用包括u波段在内的测光数据开展恒星和星系多方面的天体物理研究工作，并为LAMOST提供观测样本和为LAMOST数据处理及流量定标提供支持。根据课题时间的紧迫和目前我国观测设备的限制，我们希望通过国际合作得到多色测光数据。经过调查和分析国内外望远镜观测能力之后，我们认为美国亚利桑那州Steward天文台的90英寸（2.3米）Bok望远镜可以有效地完成u波段的观测任务。经过反复协商，我们和美国亚利桑那大学的Steward天文台共同认为合作观测南银冠天区是可行的，并双方签署了南银冠u波段巡天计划的协议。巡天计划的主要内容是利用位于美国亚里桑那州基特峰 (Kitt Peak)的2.3米望远镜和大视场CCD相机，开展 对银纬b <－30°和赤纬 DEC >－10°的南银冠天区3700平方度的天区的u波段（3551 ?）巡天。通过5分钟的曝光积分时间，极限星等将暗于23等。目前该计划已经启动，美国方面已经在研制新的用于巡天的CCD相机。我们希望于今年年底开始观测，通过3年（每年9月份-12月份）时间内完成观测，并及时地开展数据处理工作。在观测进行之中和完成之后，我们将得到属于国家天文台的观测数据和新研制的望远镜终端设备。同时将获得的观测数据与其它波段数据结合，我们将取得很多天体物理研究成果，并在国际天文研究上产生重要影响。
一、立项依据
1、项目的科学意义，国内外研究概况及发展趋势
天文巡天是指使用望远镜对天空某些范围进行图像或者光谱观测。在过去，巡天被局限为一个波段的电磁辐射或者某种类型粒子的流量（如宇宙线）的测量，最后往往得到某种类型的天体（如亮于某个视星等的亮星）的天文性质的物理参数。近几十年来，科学技术的更新促使了一大批高性能的天文望远镜的诞生，各种国际上的巡天项目不断开展，而且越来越多的巡天都逐渐趋向于多波段观测，更多的波段提供给我们天体更多的信息，可以帮助我们在不同波长上更全面地了解天体的物理性质。对于u波段巡天，我们可以得到波长约3551 ?天体的流量，结合
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Pan-STARRS 望远镜的g (4100 ?)，r (5500 ?)，i (6940 ?)，z (8470 ? )，Y (9600 ? )的波段数据，我们就可以得到南银冠3700平方度波长范围从3500 — 9600 ?的谱能量分布，从而进行各种天体物理研究。
南银冠u波段巡天的科学意义如下：
（1）对恒星、星系、活动星系核及类星体的初步分类判定需要多色测光，而u波段的测光会显著提高分类的准确性和可靠性。
从形态上可以分出恒星和近邻星系：恒星是点源，星系是展源。从双色图上可以初步判断出天体的类型。图1中分别显示了恒星、星系和类星体在双色图上的分布，我们可以看出这三种类型的天体在双色图的中的位置分布是不同的，因此，我们可以通过双色图上的位置来初步判断天体的类型。从图1中可以看出在使用了SDSS的u波段测光后，恒星、星系和类星体的分布更加广，分得更开，这样就有利于提高我们对未知天体的类型进行初步判断的准确性和可靠性。
本项目拟用美国Kitt Peak 天文台2.3米Bok望远镜进行u波段的观测，得到的测光数据将用来研究上述问题。
图1：SDSS测光中的恒星（×），星系（△）和类星体（其中红移z< 3.5的源用□表示，红移z≥ 3.5的源用■表示）的双色图。
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图2：普通的恒星用点表示，星系用方框表示，类星体用大圆圈表示。我们可以看到恒星和星系的明显区别，一些类星体也可以很容易被识别出，因为在双色图上的位置和别的天体不同。
（2）类星体候选者的判定，尤其是中低红移类星体选源，u波段数据是必不可少的。 在2.5 < z < 3.5的红移范围内，类星体最强的谱线特征Lyman alpha （1216 ?）和Lyman break （912 ?）吸收线红移至u波段范围内（3600 ± 200 ?）。色指数u-g逐渐变红。此时u-g和g-r成唯一有效地区别红星而选取类星体的色指数。
图 3：选择类星体的双色图，只有在(u-g)-(g-r)双色图上才能有效地区分恒星和类星体。
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LAMOST的类星体巡天在r波段（6185 ?）将可能达到20.5等，比SDSS的类星体巡天的观测深度深约1.5等。主要的科学目标在于测量类星体的光度函数特性及成团性随红移的变化。u波段巡天将有效地选取z < 3.5的类星体。这使得LAMOST巡天的类星体样本可以用来研究z = 3的类星体光度函数的暗端。此外还可以增加用于类星体成团性研究的样本密度。如图2所示，目前用于研究类星体成团性的z > 2的观测样本还很少，因为像SDSS这样的巡天还不足以进行准确的统计研究。LAMOST的观测样本将在较大的红移范围内精确地测量类星体的相关函数。我们希望用类星体的成团性来研究类星体暗物质晕的质量和类星体活动的时标。进而，大规模的类星体样本将有利于建立不同质量和其他类星体性质的子样本，如中心黑洞质量。这些新的限制可以有力限制类星体演化的模型和黑洞活动性与星系演化的关系。
作为独立于LAMOST的巡天项目，我们南银冠u波段巡天的深度可能达到23等。结合其他波段观测的结果所选出的类星体样本，比LAMOST巡天的深度深很多。即使没有光谱观测，测光红移选的类星体样本本身，就可以有效地开展类星体光度函数的测量，和高红移类星体角相关函数。
本项目拟用Bok 2.3米望远镜观测得到南银冠3700平方度范围的u波段测光，结合别的波段的测光，将发现一大批红移z<3的类星体，这些发现将对宇宙学产生重大的影响。
（3）多色测光的数据可以得到初步定出星系的红移，精度约为0.05。
u波段的测光会显著提高测光红移的精度，尤其是红移z > 1的星系，因此，我们可以利用u波段优先观测高红移星系。
图4：测光红移和光谱红移的比较
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对于低红移（z < 0.2）的星系，u波段在测光红移的应用中至关重要。星系光谱中，4000 ?的跳变是非常重要的特征，这也是唯一能反映光谱特征的宽带测光。颜色U-B，U-V（或者是SDSS的u-g）几乎直接测量了4000 ?的跳变。 特别是对于红星系的红移测定的精确度起了决定性的作用。高红移星系z > 0.2，u波段也给出了很强的限制。
对于高红移星系，比如，0.3 < z < 1，地面u波段相当于观测了这些遥远星系的紫外辐射。这对研究星系的恒星形成，星系气体的演化过程非常重要。最近的研究结果表明，今天我们看到的星系中，有50％的恒星是在宇宙的最近8 Gyr（z < 1）形成的。紫外辐射主要来自大质量的恒星。 这些恒星示踪了星系中气体的演化。因此，高质量的u波段的数据，对于研究z<1的星系恒星形成是非常重要的。
在星族合成方面 u波段在星族合成中，对于区分老年星族和年轻星族起着关键的作用。对于有足够的空间分辨率（比如：大于10’ × 10’）的星系，高精度的u波段测光对确定星系的恒星形成的二维分布将会有很大的帮助。这将加深我们对邻近星系的恒星形成历史的了解。其结果也可以为检验各种星系形成模型（如：并合模型，独立演化模型等）提供参考。
对于本星系群的成员星系，我们将获得极高的空间分辨率，达到星团和星云的尺度。这使我们能够仔细地研究星系的各空间成份，如旋臂，核球，晕的星族成分。我们将进一步，我们将深入研究星系的恒星形成历史，从而理解星系的形成和演化过程（从星系的形态到星族分析）。
（4）包括u波段的多色测光将有助于发现星暴星系的候选者。
星暴星系中年老的星族与年轻星族同时存在，而g，r和i波段得到的色指数可能对于年龄不敏感，我们可以利用对星族年龄敏感的u波段并结合其他波段来分析星族的年龄。
星暴星系中存在大量的年轻的刚诞生的恒星，这些恒星在蓝端有较强的辐射，在u波段的辐射很强，所以u波段的观测对于研究星暴星系的性质具有非常重要的作用。
图5：星暴星系M82
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Hopkins et al. (2003) 通过比较其它恒星形成率的指标（Halpha，OII和远红外），证明了u波段测光是测量星系恒星形成率的很好指标。
（5）在银河系结构研究方面，包含u波段的多色测光的数据有利于恒星类型的判定，控制观测对象的完备性。
对于银河系结构方面的研究，我们需要有u波段+Pan-STARRS的测光数据对恒星的类型进行判断，这样我们就可以保证LAMOST观测恒星类型的完备性。另外，与CCD图像测光观测不同，LAMOST不可能逐一观测视场内所有的恒星。因此，我们可以利用u波段+Pan-STARRS的测光数据先为LAMOST的观测提供一个完备的恒星类型样本作为输入星表，这样才能达到较好的完备性以及空间均匀性。如图6所示，我们可以看到，不同光谱型的恒星的颜色是不同的。大质量的恒星颜色较蓝，小质量的恒星颜色较红。而不同类型恒星的谱能量分布的差异在u波段要比其它的波段更为明显，所以u波段的观测就显得非常重要。
图6：不同类型恒星的颜色分布
不同光谱型的恒星在双色图上的位置也不同（见图7）。大质量的恒星颜色偏蓝，处于双色图的左下方，而小质量的恒星颜色偏红，处于双色图的右上方。我们可以通过恒星在双色图上的位置来判断其光谱型和质量。
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图7：不同类型恒星的双色图分布
（6）结合其它波段的观测，u波段测光可以帮助我们很好地估计星系中星族的金属丰度。 无论是恒星还是近邻星系（红移z < 0.1），在谱能量分布SED中，u波段随年龄和金属丰度的变化都显著大于其它波段，因此，可以利用u波段结合其它波段来估计星系中星族的金属丰度。
图8：太阳金属丰度，不同年龄的简单星族的SED。可以看出，在u波段的波长处变化幅度最大，因此u波段可
以很好的帮助我们区别不同年龄的星族。
图9显示了u波段对年轻星族的年龄和金属丰度的决定的重要性。左边是V- (B-V) 颜色星等图，右边是V- (U-V)的颜色星等图，我们可以很明显地看出色指数(U-V)可以很好的区分不同年龄和金属丰度的星族。
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图9：500 Myr和600 Myr年龄星团的模型颜色—星等图，金属丰度分别是Z=0.008和0.004。我们可以看到包含u波段的颜色星等图可以很好的把两种星族的红巨星分开，但是，如果没有u波段的颜色星等图却不能分开。
图10是星族合成模型给出的不同年龄的星族的谱能量分布，我们可以很明显的看出，u波段相对于其它波段的测光而言，在星族演化中的谱能量分布影响最大。
图10：太阳金属丰度下不同年龄的星团的模型谱能量分布
对于年龄t < 1 Gyr的年轻星团的分析，最好的颜色是UBRI和UBVI，都不能缺少u波段。在任何情况下，u波段对于年轻星族的年龄，金属丰度和消光都起着非常重要的作用。在典型的测光精度下(Δmag~0.05)，多色测光对于年龄和金属丰度简并的解除效果和典型信噪比下光谱的能力是相当的（Cardiel et al. 2003）。
u波段观测数据对识别恒星系统内的恒星成分、研究星系及星团的演化历史有着至关重要的
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作用。
图11：1个太阳质量，年龄是1 Gyr的谱能量分布随金属丰度的变化
图12：年龄是1Gyr，金属丰度Z=0.019的谱能量分布随恒星质量的变化
从图11-12中，我们可以看出，星系中星族的谱能量分布SED无论在在随质量还是随金属丰度的变化，在u波段的变化都是最显著的。
（7）LAMOST需要近期测光图像来确定太阳系附近的小质量（暗弱，大自行）恒星的位置。 作为与LAMOST同时进行的巡天项目，从我们u波段巡天的图像资料中可以提取最新的恒星位置信息。这些恒星位置坐标测量的结果可以参与对太阳系附近暗弱的小质量恒星自行的判定，也为LAMOST确认和提高定位精度提供了依据。
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（8）LAMOST需要包括u波段在内的多色测光数据来进行流量的绝对定标，并进行仪器颜色响应的修正。
图13：星系的光谱和S0星系的BATC模板光谱
光谱观测往往只关注光谱中的谱线位置和相对强度的测量，由于观测仪器的复杂性和观测定标方法的选取，光谱观测很难独立准确地得到连续谱流量的信息。尤其是光谱的短波长区域，由于各种人造光源的暗弱或不同视场标准星观测的非同步，流量定标的精度相对很差。 对LAMOST观测而言， 由于是大视场多目标光线光谱观测，不同光纤的空间位置可能相差很远（<5度），相对恒星真实位置定位精度各不相同，仅由于地球大气折射的影响，就会使得LAMOST光谱的连续谱定标精度很差。如果没有准确的连续谱流量定标，很多有关恒星和星系形成和演化方面的研究工作将无法开展。测光观测不但可以给出天体的连续的谱能量分布，而且可以帮助我们提高光谱流量定标的精度。如果能结合u波段的观测数据以及其它波段巡天的数据，就可以大大地提高光谱观测数据的定标精度，图13给出的是同类型星系光谱和BATC多色测光的对比。从图上可以看出，多色测光的观测数据将可以有效地对光谱观测的连续谱进行修正。然而各种已有的测光星表中，u波段的信息相对于别的波段（如V波段）往往非常少，而且即使有测光误差也非常大。如果我们能使用Bok 2.3米大视场望远镜再配合将来升级后的蓝敏CCD（u波段量子效率可达90%以上），就可以获得一个高质量的u波段观测星表，就可以大大地提高LAMOST的蓝端光谱定标精度。
（9）通过多色测光的巡天观测，可以培养一些年轻的实测天文人才。
我国目前的基础观测队伍还很薄弱，尤其是从没有开展过这么大面积天区的巡天工作。通过这次与美国Steward天文台共同开展的u波段巡天观测，我们可以以我国青年天文学家为主要成员的队伍，系统地主导一次全面的巡天观测工作。内容包括观测计划的制定、解决观测的过程中
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出现的问题、数据的传输和数据库的建立、开展数据处理和相关的课题研究。希望能够通过这个项目的完成锻炼出一个懂得相互合作，有大局意识的青年实测天文人才队伍。
分析：为什么美国人不利用Bok进行U 波段巡天的观测？
尽管美国拥有数量众多的望远镜，并且u波段的观测这么重要，但是为什么以前没有南银冠u波段的巡天？
1、事实上，美国的SDSS DR7已经观测并释放了南银冠的几条天区的观测数据，而且SDSS下一步将对南银冠继续进行更大天区范围的测光观测，但是SDSS是多波段的巡天观测，有u、g、r、i、z 五个波段，为了兼顾到其它的波段，因此其CCD的蓝端u波段的量子效率并不高，而我们的u波段巡天的CCD将主要观测u波段，我们将采用蓝敏的CCD，在蓝端的量子效率可以达到90%以上。这样可以大大的提高观测效率，观测到更暗更多的天体。其次对于每个观测天区，我们的曝光时间是5分钟左右，而SDSS的曝光只有不到一分钟，这样我们的极限星等会达到23等以上，而SDSS只有22等（u波段）。
2、我们知道，对于一个较大的巡天项目而言，需要充分的经费支持，当今美国经济受金融危机的严重影响，很多事业单位（包括很多大学）都进行了大规模的裁员，很多中小望远镜都面临着被迫关闭的困境，想生存下去都非常艰难，根本不可能进行大型的观测计划，与我们合作的Bok 2.3米望远镜正面临这样的困境。而本项目的实施对于Bok 2.3米望远镜的生存而言，无疑是一笔宝贵的资金来源。
3、目前国际上大型的光学望远镜越来越多，很多如8米、10米量级的大型光学望远镜像雨后春笋一样在不断的建造中，将来的30米望远镜TMT也在筹划之中，这些大项目占用了美国大部分的科研经费投资，像Bok 2.3米望远镜在美国算小望远镜，显然不会受到太多关注和经费投入，因此很难申请到经费。
在这种情况下，美国Bok 2.3米望远镜对于本项目非常感兴趣。通过本项目的实施，我们不仅能够购买到一套由4个4k×4k的蓝敏CCD组成的拼接焦面设备，而且观测数据的所有权和发表权也归属国家天文台。因此这是一个双赢的合作项目，而且美国Steward天文台台长表示非常希望可以和我们继续保持长期的合作关系。
国内外巡天现状
近些年来，利用不同的望远镜在不同波段进行观测的多波段巡天在河外天文和观测宇宙学中
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变得越来越普遍。大视场巡天的结果极大地推动着天文的发展，近些年来天文中比较著名的巡天有如下的几个：
1. 光学波段：
1.1帕洛玛巡天[Palomar Observatory Sky Survey (POSS)]：
1948 — 1958年间，北天的照相底片巡天。使用的望远镜是美国威尔逊山帕洛玛天文台的48英寸Samuel Oschin施密特望远镜。使用14平方英寸的照相底片，每幅图像覆盖6°× 6°的天区范围。对于每个天区分别使用了蓝敏的Kodak 103a-O底片和红敏的Kodak 103a-E底片进行拍摄。最终得到了936幅图，覆盖从北天极到赤纬－34°，极限星等为22等。
图14：帕洛玛天文台48英寸Samuel Oschin施密特望远镜
1.2数字化巡天 [Digitized Sky Survey (DSS)]：
数字化巡天是指1994年出版的全天照底片相观测的数字化版本。对于北天主要使用的是帕洛玛巡天的资料，对于南天主要使用的是英澳天文台（Anglo-Australian Observatory）的UK Schmidt望远镜对南天、扩展的赤道部分（SERC-J）以及南银盘巡天（SERC-V）的资料。
1.3斯隆数字巡天 [Sloan Digital Sky Survey (SDSS)]：
斯隆数字巡天是使用位于新墨西哥州阿帕奇山顶天文台的2.5米口径望远镜进行的红移巡天项目。该项目开始于2000年，以阿尔弗雷德·斯隆的名字命名，计划观测25%的天空，获取超过一百万个天体的多色测光资料和光谱数据。SDSS的星系样本以红移0.1为中值，对于红星系的红移可达到z=0.4，对于类星体红移可达到z=5，并且可以探测到红移z > 6的类星体。
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图15：阿帕奇山顶天文台的2.5米口径望远镜
2006年，斯隆数字巡天进入了名为SDSS-II的新阶段，进一步探索银河系的结构和组成，而斯隆超新星巡天计划搜寻Ia型超新星爆发，以测量宇宙学尺度上的距离。 1.3.1 SDSS——观测
SDSS使用口径为2.5米的宽视场望远镜，测光系统配以分别位于u、g、r、i、z波段的五个滤镜对天体进行拍摄。这些照片经过处理之后生成天体的列表，包含被观测天体的各种参数，比如它们是点状的还是延展的，如果是后者，则该天体有可能是一个星系，以及它们在CCD上的亮度，这与其在不同波段的星等有关。
望远镜相机由30个2k×2k的CCD小块组成，总共约1.20亿平方像元。CCD的排列共5行，每行6个。每行使用不同的波长范围内的光学滤光片，分别对应3551 ?、4686 ?、6165 ?、7481 ?和8931 ?，对应的极限星等分别是22.0等、22.2等、22.2等、21.3等和20.5等。
另外，天文学家们还选出一些目标来进行光谱观测。目标的位置用钻孔的方式记录在铝板上，小孔的后面接有光纤，将目标天体的光引入摄谱仪。望远镜每次可以同时拍摄640个天体的光谱，每晚大约需要6到9块铝板进行光谱记录。每晚该望远镜产生200 GB的数据量。 1.3.2数字巡天——SDSS的贡献
SDSS覆盖了北银极周围7,500平方度的星空，记录到近二百万个天体的数据，包括80多万个星系和10多万个类星体的光谱的数据。这些天体的位置和距离数据为人们研究宇宙的大尺度结构开辟了道路。SDSS扩大了解和探索银河系计划斯隆理解和探索银河的扩充计划（缩写为SEGUE）获得了银河系内24万颗恒星的光谱，它们的径向速度在每秒10公里上下，这使天文学家们得以研究银河系的结构以及各组成部分是如何形成的。
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图16：SDSS巡天天区
1.3.3数字巡天——SDSS超新星巡天
斯隆超新星巡天计划快速扫描300平方度的天空，搜寻光度快速变化的天体，寻找Ia型超新星爆发。在2005年，该计划找到了129个爆发的Ia型超新星，到2006年总数已经超过了300个，这项计划进行到了2007年底。 1.3.4数字巡天——资料的检索
SDSS将全部图片和光谱数据发布在国际互联网上，并且提供了简单易用的接口。用户只要输入坐标就可以获得斯隆数字巡天拍摄在该天区拍摄的全部图像。同时还提供了针对从学生到专业天文学家的详尽指南。数据也可以通过美国宇航局的世界风（NASA World Wind）软件获取。 斯隆数字巡天的数据已经在各种天文出版物中广泛引用，涉及的研究领域包括类星体、星系分布、银河系内恒星的性质、暗物质、暗能量等等。斯隆数字巡天的网站上提供了这些出版物的完整列表。
从SDSS官方网站（http://www.sdss.org/publications/）可以查出基于SDSS数据库的发表数据论文和有关技术论文发表的论文514篇(2009/6/2)，其中近半数的研究论文是SDSS项目之外人员发表的。论文的引用量基于所有项目之首。如果按题目和摘要里的SDSS词条检索，从ADS上可以搜索出的论文数目和引用数量是SDSS官方网站上给出的许多倍。
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图17：利用ADS查询的在摘要或标题中含有SDSS的文章
2. 红外波段：
2.1红外天文卫星 [Infrared Astronomical Satellite (IRAS)]：
1983年1月25日，由美(NASA)、英 (SERC)、荷 (NIVR) 联合发射了第一颗红外天文卫星
IRAS，这是第一次在红外波段对全天进行巡天的空间天文台。其主体是一个口径为57厘米的望远镜，分别在12μm，25μm，60μm和100μm的波长上对全天96%的天区进行了观测覆盖。IRAS共发现了35万个源，很多源直到现在都没有被证认，其中75,000个被认为是星暴星系，其它源是尘埃盘包围的普通恒星，很可能是正在形成的行星系统。IRAS发现了织女星 (Vega)的尘埃盘和银河系的核心的首张图像。IRAS巡天的成功极大地推动了红外天文在各个层次的发展。直到现在，IRAS的观测源仍然是天文学家研究的热点目标。
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图18：IRAS巡天观测图
2.2 两微米巡天[Two Micron All-Sky Survey (2MASS)]：
2MASS巡天始于1997年6月完成于2001年1月。2MASS设备包括2个高度自动化的1.3m望远镜，每个望远镜装配了3通道的照相机，每通道包含256×256像素的阵列。该巡天使用了两架望远镜：一架是位于美国亚利桑那州霍普金斯山，主要用于北天的观测；一架位于智利的Cerro Tololo/CITO，主要用于南天的观测。2MASS的最终巡天数据在2003年被释放，整个巡天采用了J (1.25 μm)，H (1.65 μm)和Ks (2.17 μm) 3个波段进行观测，共收集了24.5 TB的数据，覆盖了全天99.998％的范围。
图19：2MASS巡天观测图
2MASS的重大贡献为（1）银河系大尺度结构；（2）对Ks波段 ≤13.5等的星系的测光普查，包括隐带（zone of avoidance），最终获得包含1,500,000个星系的数据库。（3）对天体物理
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学很重要的稀有天体的统计基础。
3. X射线：
伦琴卫星[R?ntgen Satellit (ROSAT)]：
ROSAT是德国、美国、英国联合研制的一颗X射线天文卫星，为纪念发现X射线的德国物理学家伦琴而命名。卫星上搭载有两台成像望远镜，工作波段分别为0.1-2.4 keV的软X射线和0.06-0.2 keV的极紫外线。其中X射线望远镜采用4层沃尔特I型掠入射式望远镜，总接收面积为1140平方厘米，分辨率可达5角秒。
图20：ROSAT卫星X射线巡天（0.1-5 keV波段）
1990年7月到1991年2月，伦琴卫星进行了为期6个月的软X射线巡天观测，扫描了整个天空的97%。在后来的9年里，伦琴卫星探测到了150,000个X射线源和一批紫外辐射源，取得了一批重要的成果，包括拍摄到了月亮的X射线照片、观测了超新星遗迹和星系团的形态、探测了分子云发出的弥散X射线辐射阴影、孤立中子星的X射线辐射、苏梅克-列维9号彗星与木星碰撞发出的X射线、双子座X射线源杰敏卡237毫秒的脉冲周期、百武彗星的X射线辐射等等。此外，伦琴卫星的观测还为宇宙X射线背景辐射起源于遥远的类星体提供了证据。1996年，伦琴卫星巡天的X射线源表发布，记载了18,000余个X射线源，定位精度约为10角秒。1999年12月12日，伦琴卫星停止工作。
4. 计划中的巡天：
4.1 Pan-STARRS [Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System]：
Pan-STARRS是“全景巡天望远镜与快速反应系统”的英文缩写，是一个天体测量和测光的
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连续巡天计划。该计划预期将得到全天3/4范围内所有暗到24等天体的数据库。Pan-STARRS将对天空进行定期扫描，搜寻可能对地球构成撞击危险的小行星。
图21：Pan-STARRS PS1
Pan-STARRS由4个1.8米望远镜组成，第一个望远镜称为PS1，位于夏威夷的Maui岛上，由夏威夷大学进行管理。其它三个望远镜将在2012年完成，总共花费约1亿美元。最终的PS4系统的四个望远镜指向同样的天区，同时互相比较来去除坏像元和宇宙线，总的聚光能力相当于一个具有3度视场的3.6米望远镜。 Pan-STARRS拥有5个滤光片g (4100 ?)、 r (5500 ? )、 i (6940 ? )、z (8470 ?)、Y (9600 ?)。CCD相机拥有横跨40厘米的光探测表面，在其表面有60块独立集成电路片，能获得高达14亿像素的图像。 4.2 SkyMapper
SkyMapper是一个斯壮罗山天文台（Mount Stromlo Observatory）的1.35米巡天望远镜，有5.7平方度的视场，2.68亿像素图像。SkyMapper用来执行一个多颜色、多时期的南天巡天计划Stromlo Southern Sky Survey (S3)。S3计划和北天的SDSS巡天计划类似的南天巡天，但是在时间覆盖上有所加强，更加精确的恒星性质测量，覆盖很大部分的银盘。
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图22：SkyMapper
4.3 Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS)
CFHTLS是加拿大-法国-夏威夷 望远镜遗迹巡天：利用CFHT望远镜～50%的暗夜和灰夜进行观测的大项目。该计划主要是加拿大和法国联合的项目，计划在五年内观测450个夜晚，采用MegaPrime宽场图像观测，36个CCD组成一个阵列，1° × 1° 视场。
4.4 暗能量巡天 [Dark Energy Survey]：
暗能量巡天光学图像巡天，目的是为了精确的独立测量暗能量：星系团的计数，弱引力透镜，超新星和重子声速震荡。巡天使用的是赛拉.托洛洛天文台（Cerro Tololo Inter-American Observatory）的4米望远镜，巡天将始于2010年秋季，计划观测5000平方度的南天巡天，在5年内完成。
二、项目目标及预期成果
1、研究目标，包括总目标、年度进展目标及主要考核指标；
总体目标：
科学目标：通过对南银冠3700平方度u波段的巡天，预期可达到一系列科学目标：（1）显著提高对南银冠附近天区内的恒星、星系、活动星系核和类星体的分类的准确性和可靠性；（2）为中低红移（z < 3）类星体的候选体的发现和证认工作提供有力帮助；（3）提高星系测光红移的准确性；（4）有助于发现一大批星暴星系的候选体；（5）因为光谱蓝端对金属丰度最敏感，因此u波段巡天将会有助于我们估计星系中星族的金属丰度；（6）因为在利用LAMOST研究银河系结构时，需要保证观测恒星类型的完备性，而u波段的测光数据将对我们判断恒星的类型起到非常重要的作用；（7）为LAMOST的光谱观测提供输入星表；（8）可以帮助我们对LAMOST观测光谱的蓝端进行流量定标，以及分析仪器的颜色响应。 巡天观测目标：
天区范围：南银冠天区（银纬b <－30°和赤纬DEC >－10°）3700平方度（如图23所示） 滤光片：SDSS u波段（中心波长3551 ?） 每个天区的累计曝光时间：5分钟 极限星等：深于23等 视宁度：～1.0角秒
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信噪比：S/N =10
SDSS是2.5米的望远镜，使用54秒分钟的曝光时间，在u波段就可以达到22等。而u波段巡天采用的Bok望远镜主镜2.3米和SDSS的望远镜2.5米相当，假如信噪比和时间的1/2次方√t成正比的话，u波段巡天测光的深度就可以到达23等。另一方面，在u波段巡天中，假如增加单幅图像的曝光时间，就可以减小读出噪声和背景的影响，从而观测到更暗的天体。我们估计在5-σ的置信度信噪比S/N=10的情况下可以达到u=23等。
图23. 绿色区域是u波段的南银冠巡天天区 ( b<－30°, Dec >－10°)，绿点是南银极，粗黑线是银盘
图24. 红色的是SDSS dr7的已观测的天区，绿线包围的范围是u波段的巡天天区
通过图2我们可以看到，u波段的巡天范围和SDSS的巡天范围只有两条非常窄的区域重叠，这样我们不但可以和SDSS的u波段数据互相检验，将来对我们进行部分u波段巡天天区的流量定标很有帮助，因此u波段巡天可以优先观测这些重叠的区域，这样就可以用SDSS的数据进行这些天区的流量定标，从而尽快进行一些相关课题的研究，进而尽快的产出成果和文章。
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年度进展目标及主要考核指标：
2009年6月：
国家天文台NAOC和美国亚利桑那大学Steward天文台双方共同签署u波段巡天的协议； 2009年7月-10月：
美方对望远镜焦平面进行改造和升级，购买CCD材料，研制CCD相机，并进行升级和改造（根据协议，升级后的新CCD所有权归NAOC所有，数据的发表权和所有权也归NAOC所有）。
国家天文台开始初步开发数据图像程序，制定巡天策略和优先级。购买数据存储设备等仪器； 2009年11月-12月：
使用美国基特峰Bok 2.3米望远镜进行南银冠u波段的首次巡天观测； 对数据进行初步的分析和整理； 2010年1月-2010年8月：
将观测到的数据带回国内，进行数据分析和处理；
开发专门用于u波段巡天图像的数据处理的软件，对软件进行测试和不断改造；
2010年9月-2010年12月：
使用美国基特峰Bok 2.3米望远镜进行南银冠天区u波观测；
2011年1月-2011年8月：
将观测到的数据带回国内，进行数据分析和处理；
发表1篇南银冠u波段巡天项目总体介绍（包括仪器，观测，数据处理Pipeline，科学目标
及意义介绍）的论文；
发表1篇关于观测得到的u波段图像的处理和仪器分析的论文。
2011年9月-2011年12月：
使用美国基特峰Bok 2.3米望远镜进行南银冠天区u波段观测；
2012年1月-2011年12月：
将观测到的数据带回国内，进行数据分析和处理，进行位置定标和流量定标； 发表1篇南银冠u波段巡天的星表的文章，释放在线星表；
结合u波段巡天的课题项目，将会发现大量类星体及星暴星系的候选体，同时会产生1-2篇科学论文；
分析南银冠天区星系中星族成分的金属丰度以及年龄，将产生至少1篇科学论文；
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利用观测的u波段数据对恒星、星系、类星体及活动星系核的分类，和以前的结果进行比较，也将产生1-2篇论文。
根据双方签署的协议，巡天在每年的九月到十二月间进行，总共需要55-80个暗夜（我们可以每月得到6个暗夜的观测时间，注：暗夜是指新月前后的6天）。
u波段巡天的观测任务主要由国家天文台的观测者来承担。SO/UA将在每个观测夜，提供一个夜间观测助手来协助观测，如果需要的话，SO/UA将会增派更多的观测助手和工程师来协助观测。
在u波段巡天观测期间，国家天文台将派出一名天文工作者常驻亚利桑那的图森（TUCSON）市。国家天文台将承担此常驻天文工作者的所有费用（食宿和交通等）以及其他国家天文台访问观测者的所有费用。（在观测地和图森之间的交通可以由常规的往返免费承担）。
SO/UA将在Steward天文台为常驻天文观测者提供办公室和网络服务。 在此办公室联网的电脑将用于数据处理和巡天数据的备份保存。
2、预期成果与水平（高技术类项目须明确专利数与水平）；
（1）科研成果：
结合u波段巡天释放的星表和Pan-STARRS g (4100 ?)、r (5500 ? )、i (6940 ? )、z (8470 ?)、Y (9600 ?)波段的观测资料，我们将会有如下课题的科研成果产出：（1）显著提高对南银冠附近天区内的恒星、星系、活动星系核和类星体的分类的准确性和可靠性；（2）为中低红移（z < 3）类星体的候选体的发现和证认工作提供有力帮助；（3）提高星系测光红移的准确性；（4）有助于发现一大批星暴星系的候选体；（5）因为光谱蓝端对金属丰度最敏感，因此u波段巡天将会有助于我们估计星系中星族的金属丰度；（6）因为在利用LAMOST研究银河系结构时，需要保证观测恒星类型的完备性，而u波段的测光数据将对我们判断恒星的类型起到非常重要的作用；（7）为LAMOST的光谱观测提供输入星表；（8）可以帮助我们对LAMOST观测光谱的蓝端进行流量定标，以及分析仪器的颜色响应。将来巡天结束后，我们释放的u波段星表对于每个科研课题都有很大的意义，到时将会有国内外的很多天文学家利用我们巡天数据产出大量的科研文章，在国际上可能都会产生较大的影响力，而我们项目组的成员也将会产出至少5篇关于u波段巡天的科学论文。
（2）技术成果：
鉴于BATC多色测光系统的观测图像管道式处理软件，我们将开发出专门用于美国Bok 2.3米望远镜的u波段图像处理程序，实现观测数据的定标和批处理、从而为u波段南银冠天区观测
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的星表建立提供可靠保障。最终我们将得到南银冠3700平方度范围内的u波段观测图像，并得到深于23等的u波段巡天星表，这对于全世界的天文学家来说无疑是宝贵的观测资料。
结合u波段巡天的数据和Pan-STARRS g (4100 ?)、r (5500 ? )、i (6940 ? )、z (8470 ?)、Y (9600 ?)波段的观测资料，我们将通过双色图和光谱能量分布选出一大批类星体的候选体，并对年轻星族和星暴星系的恒星形成率，以及星族金属丰度的分析提供宝贵的观测资料；为LAMOST的光谱观测提供输入星表，并为其观测选源提供服务。
3、市场前景和经济、社会效益
目前，国际上的大视场巡天很多，但是在u波段暗于23等的3700平方度的大天区巡天计划还是首次，我们使用升级的蓝敏CCD相机，其蓝端量子效率要显著高于别的多色测光系统，如SDSS。将来释放的星表势必会引起国际天文界的重视和大量引用，u波段的巡天成功也将进一步提高中国天文学家在国际天文界的地位和影响力。根据协议，升级后的CCD的所有权归国家天文台所有，但会放在Bok望远镜上继续使用，数据的发表权和所有权也归国家天文台所有。
三、主要研究内容
1、主要研究内容、拟重点解决的科学问题或关键技术
通过利用美国亚利桑那大学Steward天文台2.3米Bok望远镜对南银冠3700平方度u波段的巡天观测，可以开展如下的一系列课题：（1）开展对南银冠附近天区内的恒星、星系、活动星系核和类星体的分类研究；（2）寻找中低红移（z < 3）类星体的候选体，并对其进行证认；（3）提高星系测光红移的准确性；（4）寻找星暴星系的候选体；（5）估计星系中星族的金属丰度；（6）判断恒星的类型，从而确保LAMOST研究银河系结构时，观测恒星类型的完备性；（7）为LAMOST的光谱观测提供输入星表；（8）对LAMOST观测光谱的蓝端进行流量定标，以及分析仪器的颜色响应。
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图25.美国亚利桑那大学Steward 天文台Bok 2.3米望远镜
u波段巡天计划使用的Bok 2.3米望远镜隶属于美国亚利桑那大学Steward天文台，位于亚利桑那州基特峰（Kitt Peak），是Steward天文台唯一单独运行的最大的望远镜，现在主要为亚利桑那大学，亚利桑那州立大学，北亚利桑那大学提供观测服务，这个2.3米望远镜既可以做光谱观测也可以进行测光观测。本项目将以Bok望远镜作为u波段观测的望远镜，同时寻求国际上其它望远镜的合作。国内的望远镜也可以根据能力进行辅助观测。按照计划，将在2012年12月前完成观测所有的巡天观测任务。
亚利桑那大学Steward天文台的提供的技术服务如下：
1.购买4块新的CCD；
2.为新CCD设计较大的焦平面，并使得CCD之间可以很紧密的对接，新的CCD在热方面应该有很好的性能，以及较平的图像表面；
3.获得并安装新的电子控制装置（用已有的杜瓦）对新CCD进行控制； 4.升级新CCD阵列的控制终端； 5.安装并测试新的CCD焦平面；
6.开发并升级软件系统，使得操作更加简单方便；
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7.升级Bok 望远镜90Prime的导星相机，使其可以更快的进行导星。
国家天文台的技术任务如下：
开发一种专门为u波段巡天的管道式图像批处理软件； 制定巡天方案及根据课题来决定巡天的优先级； 对图像进行定标、测光、产生u波段点源和展源的星表； 准备u波段巡天数据的释放和发表。
2、研究中的创新点
? u波段巡天是目前国际上巡天范围较大（南银冠3700平方度），观测深度较深（>23等），的
u波段巡天观测；
? 结合Pan-STARRS的测光数据，将发现一批中低红移（z<3）的类星体候选体； ? 加深了对南银冠的星暴星系或者晚型星系中年轻星族的了解； ? 结合别的波段的测光，对恒星、星系和类星体进行分类； ? 为LAMOST的光谱巡天观测提供输入星表，帮助其进行选源。
四、研究方案
1、总体研究方案、学术思路、技术途径及可行性分析； 总体研究方案
本项目基于Bok 2.3米大视场（1度×1度）望远镜进行南银冠3700平方度u波段深于23等的巡天观测（采用>5分钟曝光），开展如下研究：（1）南银冠附近天区内的恒星、星系、活动星系核和类星体的分类；（2）发现和证认中低红移（z < 3）类星体的候选体；（3）估算星系的测光红移；（4）寻找一大批星暴星系的候选体；（5）估计星系中星族的金属丰度；（6）判断恒星的类型，从而在LAMOST研究银河系结构时，保证观测恒星类型的完备性；（7）为LAMOST的光谱观测提供输入星表；（8）可以帮助我们对LAMOST观测光谱的蓝端进行流量定标，以及分析仪器的颜色相应。由国家天文台BATC课题组的成员进行u波段图像的管道式处理软件开发、暗场、平场改正，定标，测光和生成星表；亚利桑那大学Steward天文台将对望远镜的CCD，焦平面和导星等硬件进行升级，并提供观测时间和技术支持来确保本项目能按期完成观测计划。
（一）CCD系统的研究方案、技术途径及可行性分析
美国亚利桑那Steward天文台的Bok 2.3米望远镜目前只安装着1个4k×4k CCD相机，视场
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只有0.5度×0.5度。我们计划在u波段巡天中使用升级的CCD系统，该系统由4个4k×4k CCD相机拼接组成，视场可以达到1度×1度，拟采用5分钟曝光，在信噪比S/N=10的情况下，u波段深度达到23等以上。
图26：Bok望远镜焦平面上的4个4K×4K CCD
为了适应u波段巡天的要求，我们需要对如下的几方面进行技术改造：
1.焦平面的设计，由以前的一块4k×4k CCD升级为4块4k×4k CCD，面积扩大为以前的4倍，所以对焦平面的设计要求较高；
2.使用4个全新的CCD来组成一个大的焦平面（如图所示），这个焦平面需要更紧密的结合在一起，拼接后CCD之间的缝隙会变的很小，这样有利于我们进行巡天观测。而且CCD应该具有很好的热物理性质，工作稳定，热噪声很小。望远镜要在焦平面的CCD阵列上有一个很平的图像成像；
3.生产和安装新的控制电子设备，对已有的望远镜杜瓦里的CCD阵列进行控制和操作； 4.升级望远镜的CCD阵列控制电脑的硬件和软件； 5.安装和测试新的焦平面；
6.开发改进软件使户用起来尽可能的简单易操作； 7.升级导星相机使得可以更快地进行导星。
（二）u波段图像管道式批处理软件的研究方案、技术途径及可行性分析
项目组的部分成员长期从事BATC多色巡天图像处理的研究工作，无论在图像的合并，测光、定标，还是产生星表等方面都有丰富经验。BATC课题组已经开发出非常成熟的图像处理管道式
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批处理软件，可以对图像进行批量的处理，处理结果可靠，准确。对于u波段的图像处理，我们完全可以借鉴BATC这套图像处理软件加以改造和升级，这些条件可以保证本项目能够完成上述研究方案。现在安装在Bok望远镜主焦点上的蓝敏CCD在u波段的量子效率接近90%，这已经非常适合我们进行u波段巡天。现在升级的4个CCD将会在u波段的量子效率方面进行进一步的加强，预期将来的新的拼接CCD的量子效率将会超过90%以上。
图27：4k×4k 蓝敏CCD的量子效率（蓝线）
2、课题设置与分工，所设课题的研究重点
根据本项目的研究目标和内容，本项目分解成3个目标明确、研究内容紧凑而且相互依赖和促进的研究课题：
1. u波段巡天策略研究，根据课题来确定巡天的优先级； 2. u波段观测数据管道式处理软件的开发研究； 3. 辅助工具软件系统开发和数据分析；
4. 基于u波段巡天观测数据开展一系列科学课题研究。
五、研究基础和条件
1、已有的工作基础和取得的成绩；
本项目是由国家天文台BATC课题组的全部人员和上海天文台的一些人员共同负责完成。这些人员长期从事天文仪器研制工作，大视场多色测光图像的定标和测光处理以及星表的产生（详
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见附件）。
美国亚利桑大学拥有非常优秀的CCD研发专家，长期进行CCD的研制和性能测试等方面的工作，这为本项目完成观测的CCD开发和研制，提供了宝贵的经验和工作基础。
项目组部分成员多年来长期从事类星体、星暴星系的恒星形成率、星族分析等领域的观测和理论研究工作，对测光和光谱观测以及数据处理和分析有丰富的研究经验，有很好的相关理论研究背景和科研攻关能力。这为本项目将来的数据分析和科研发现提供了工作基础。
2、与国家各类科技重大计划项目的衔接情况；
项目组成员中有多位是973项目“宇宙大尺度结构和星系形成与演化”参加者，本项目的实施将有助于973项目的实施；
3、与地方、企业的项目合作的基础；
本项目与地方项目具有良好的合作基础，并且本项目的实施也将为国家天文台及上海天文台培养和储备高级人才。
4、研究队伍状况（骨干成员）；
周旭，男，研究员，博导，中科院国家天文台Beijing-Arizona-Taiwan-Connecticut (BATC) 大视场多色巡天课题组首席研究员，兴隆基地组副首席，北京大学天文系兼职教授，南银冠u波段巡天计划负责人。长期从事星系团，星系多色测光和天文仪器等方面的研究。 学历：
1979---1983：北京大学地球物理系天体物理专业毕业，获学士学位 1984---1987：中科院北京天文台毕业，获硕士学位 1988---1992：法国巴黎居里大学毕业，获博士学位 1993---1994：法国巴黎天体物理研究所，博士后 主持和参加的科研项目：
(1) 曾经参加科学院“九五”重点项目“BATC巡天”（1997-2001年），已结题；
(2) 曾经参加国家自然科学基金重点项目“大视场CCD多色巡天” （1999-2002年），已结题； (3) 曾经主持国家基金面上项目“近邻星系团的大视场光谱测光研究”（2006－2008年），已结题； (4) 参加国家基金重点项目“星族合成及其在星系形成演化研究中的应用”（2007－2010年）正
在进行；
(5) 参加973项目“宇宙大尺度结构和星系形成与演化”（2007－2013年），正在进行。
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近期发表的文章：
(1) Wu, Z., Du, C., Ma, J., Zhou, X., 2009, ChPhL, 26, 2, 029701, Mass of Open Cluster NGC 7789 (2) Wu, J. , Zhou, X., Ma, J., Wu, Z., Zhang, W., Jiang, Z., Chen, J. 2009, AJ, 137, 3961, Optical
Variability of the Radio Source J1128+5925. II. Confirmation of its Optical Quietness
(3) Ma, J., Fan, Z., de Grijs, Richard., Wu, Z.Y., Zhou, X., Wu, J.H., Jiang, Z.J., Chen, J.S, 2009, AJ,
137, 4884 Spectral Energy Distributions and Age Estimates of 39 Globular Clusters in M31 (4) Du, C,H., Wu, Z,Yu.,Ma, J., Zhou, X.,2008,ChJAA,8,566., The Structure of Galactic Halo (5) Fan, Z., Ma, J., de Grijs, R., Zhou, X.., 2008, MNRAS, 385, 1973. Reddening, Colour and
Metallicity of M31 Globular Cluster System
(6) Wu, J.H., Zhou, X., Ma, J., Wu, Z.Y., Jiang, Z.J., Chen, J.H., 2008, AJ, 135, 258. Optical
Variability of the Radio Source J 1128+5925
景益鹏，男，博士，上海天文台研究员，博导。从事宇宙暗物质与暗能量的天文观测性质、宇宙大尺度结构的形成、星系形成、星系与黑洞的共同演化、宇宙引力透镜等宇宙学基础前沿问题的研究。
1992年获意大利高等研究院博士学位。1993—2000年先后在美国亚里桑纳大学、德国马普天体物理研究所（德国洪堡基金）、日本东京大学从事天体物理研究工作。1998年入选中国科学院“百人计划” ；2000年回国组建上海天文台德国马普青年伙伴小组；2001年获国家杰出青年科学基金、中科院青年科学家奖；2002年享受政府特殊津贴；2003年获全国留学回国人员先进个人和成就奖、上海市优秀留学回国人员奖；2004年获上海市科学技术进步一等奖（第一完成人）、国家973计划先进个人称号，入选首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选；2005年获国家自然科学二等奖（第一完成人）、第九届上海市十大科技精英；2006年获第九届中国青年科技奖；2007年当选2004—2006年度上海市劳动模范。现任国家重点基础研究发展计划（973计划）“宇宙大尺度结构和星系形成与演化”项目首席科学家、国家天文台“宇宙学研究”创新团组首席研究员、上海天文台学术委员会主任、上海天文台星系宇宙学中心首席科学家、上海天文台中国科大星系宇宙学联合实验室主任。目前正在主持国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金委重点项目、中科院重要方向性项目等。
近期发表的主要论文有：
(1) Li, C., G. Kauffmann, T. M. Heckman, S. D. M. White, and Y. P. Jing. 2008. Interactions, star
formation and AGN activity. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 385, 1915
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(2) Li, C., G. Kauffmann, T. M. Heckman, Y. P. Jing, and S. D. M. White. 2008. Interaction-induced
star formation in a complete sample of 10**5 nearby star-forming galaxies. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 385, 1903
(3) Jiang, C. Y., Y. P. Jing, A. Faltenbacher, W. P. Lin, and C. Li. 2008. A Fitting Formula for the
Merger Timescale of Galaxies in Hierarchical Clustering. Astrophysical Journal, 675, 1095 (4) Faltenbacher, A., Y. P. Jing, C. Li, S. Mao, H. J. Mo, A. Pasquali, and F. C. van den Bosch. 2008.
Spatial and Kinematic Alignments between Central and Satellite Halos. Astrophysical Journal, 675, 146
(5) Zu, Y., Z. Zheng, G. T. Zhu, and Y. P. Jing. 2007. Environmental Effects on Real-Space and
Redshift-Space Galaxy Clustering. ArXiv e-prints, 712, arXiv:0712.3570
(6) Kang, X., F. C. van den Bosch, X. Yang, S. Mao, H. J. Mo, C. Li, and Y. P. Jing. 2007. The
alignment between satellites and central galaxies: theory versus observations. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 378, 1531
(7) Li, G. L., S. Mao, Y. P. Jing, W. P. Lin, and M. Oguri. 2007. Properties of wide-separation lensed
quasars by clusters of galaxies in the Sloan Digital Sky Survey. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 378, 469
(8) Faltenbacher, A., C. Li, S. Mao, F. C. van den Bosch, X. Yang, Y. P. Jing, A. Pasquali, and H. J.
Mo. 2007. Three Different Types of Galaxy Alignment within Dark Matter Halos. ApJ, 662, L71 (9) Li, C., Y. P. Jing, G. Kauffmann, G. B?rner, X. Kang, and L. Wang. 2007. Luminosity dependence
of the spatial and velocity distributions of galaxies: semi-analytic models versus the Sloan Digital Sky Survey. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 376, 984
(10) Jing, Y. P., Y. Suto, and H. J. Mo. 2007. The Dependence of Dark Halo Clustering on Formation
Epoch and Concentration Parameter. Astrophysical Journal, 657, 664
马骏，男，博士，国家天文台研究员，博导。研究方向：星系的形态、动力学及星系中星族成份的形成和演化。曾经主持国家自然科学基金面上项目“M31中大样本球状星团的多色测光及理论研究”（2005－2007年），已结题；曾经参加973项目“星系形成与演化”（1999－2005年），已结题；参加重点基金“星族合成及其在星系形成演化研究中的应用”（2007－2010年），正在进行中；参加973项目“宇宙大尺度结构和星系形成与演化” （2007－2013年）正在进行；主持面上基金“M31中球状星团的整体研究”（2009－2011年），正在进行中。
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学历：
1995---1998：南京大学天文系毕业，获博士学位 1998---2000：上海天文台，博士后 2000---2004：中科院国家天文台，副研究员 2005--- ：中科院国家天文台，研究员 近期发表的主要论文有：
(1) Ma, Jun; Fan, Zhou; de Grijs, Richard; Wu, Zhenyu; Zhou, Xu; Wu, Jianghua; Jiang, Zhaoji; Chen,
Jiansheng, 2009, AJ, 137, 4884, Spectral Energy Distributions and Age Estimates of 39 Globular Clusters in M31
(2) Ma Ma, Jun; de Grijs, Richard; Fan, Zhou; Rey, Soo-Chang; Wu, Zhen-Yu; Zhou, Xu; Wu,
Jiang-Hua; Jiang, Zhao-Ji; Chen, Jian-Sheng; Lee, Kyungsook; Sohn, Sangmo Tony, 2009, RAA, 9, 641, RESEARCH PAPER: Old stellar population synthesis: new age and mass estimates for Mayall II = G1
(3) Ma, Jun; Burstein, David; Fan, Zhou; Zhou, Xu; Chen, Jiansheng; Jiang, Zhaoji; Wu, Zhenyu;
Wu, Jianghua, 2007, PASP, 119, 1085, Metal Abundance Properties of M81 Globular Cluster System
(4) Ma, J.; de Grijs, R.; Chen, D.; van den Bergh, S.; Fan, Z.; Wu, Z.; Wu, H.; Zhou, X.; Wu, J.;
Jiang, Z.; Chen, J., 2007, MNRAS, 376, 1621, Structural parameters of Mayall II = G1 in M31 (5) Ma, Jun; Yang, Yanbin; Burstein, David; Fan, Zhou; Wu, Zhenyu; Zhou, Xu; Wu, Jianghua;
Jiang, Zhaoji; Chen, Jiansheng, 2007, ApJ, 659, 359, Age Constraints for an M31 Globular Cluster from SEDs Fit
(6) Ma, J.; Zhou, X.; Burstein, D.; Yang, Y.; Fan, Z.; Chen, J.; Jiang, Z.; Wu, Z.; Wu, J.; Zhang, T.,
2006, A&A,449,143, Age estimations of M 31 globular clusters from their spectral energy distributions
蒋兆基，男，博士，国家天文台研究员。长期负责BATC课题组望远镜控制系统的开发和维护，计算机软件的开发和升级，观测数据管理及数据库，数据处理等。
吴江华，男，博士，国家天文台副研究员。研究方向：活动星系核的光变，曾主持的项目有国家自然科学基金面上项目（青年基金）“blazar天体的高时间分辨率的多色同时光变监测”，863计划“国家高技术航天航空领域”项目“行星际扰动的地基监测技术”。2007年4月曾赴芬兰Turku大学Tourla天文台访问。
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近期发表文章：
（1） Wu, Jianghua; Zhou, Xu; Ma, Jun; Wu, Zhenyu; Zhang, Wei; Jiang, Zhaoji; Chen, Jiansheng，
2009，AJ，137，3961， Optical Variability of the Radio Source J1128+5925. II. Confirmation of its Optical Quietness
（2） Wu, Jianghua; Zhou, Xu; Ma, Jun; Wu, Zhenyu; Jiang, Zhaoji; Chen, Jiansheng，2008，AJ，
135，258，Optical Variability of the Radio Source J 1128+5925
（3） Wu, J.-H.; Zhou, X.; Ma, J.，2007，ASPC，373，199，Optical Monitoring of BL Lacertae Object
S5 0716+714 with a Novel Multi-peak Interference Filter
（4） Wu, Jianghua; Zhou, Xu; Ma, Jun; Wu, Zhenyu; Jiang, Zhaoji; Chen, Jiansheng，2007，AJ，
133，1599，Optical Monitoring of BL Lacertae Object S5 0716+714 with a Novel Multipeak Interference Filter
武振宇，男，博士，国家天文台副研究员。研究方向：银河系星团及银河系的结构与演化，正在主持的项目：国家自然科学基金青年基金“银河系疏散星团潮汐尾巴的多色测光与光谱研究”（2009－2011年），项目正在进行中。 近期发表的文章有：
（1） Wu, Zhen-Yu; Du, Cui-Hua; Ma, Jun; Zhou, Xu，2009，ChPhL，26，9701，Mass of Open Cluster
NGC 7789
（2） Wu, Zhen-Yu; Zhou, Xu; Ma, Jun; Jiang, Zhao-Ji; Chen, Jian-Sheng; Wu, Jiang-Hua，2007，
AJ，133，2061，BATC 13 Band Photometry of the Open Cluster NGC 7789
（3） Wu, Zhen-Yu; Zhou, Xu; Ma, Jun; Jiang, Zhao-Ji; Chen, Jian-Sheng，2006，PASP，118，1104，
Membership Determination of Open Cluster M48 Based on BATC 13-Band Photometry 范舟，男，博士，国家天文台助理研究员。研究方向：星系形成和演化、河外星团的多色测光研究以及天文数据处理。2009年7月获中科院院长奖学金优秀奖，2009年获国家天文台青年人才基金支持。 学历：
2000---2004：北京大学物理学院天文系毕业，获学士学位 2004---2009：中科院国家天文台毕业，获博士学位
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近期发表的主要论文有：
(1) Fan, Z. 2009, PASP, 121, 1042, Dissertation Summary: The Multicolor Photometric Study of M31
Globular Cluster System
(2) Fan, Z.; Ma, J.; Zhou, X., 2009, RAA, 9, 993 Multicolor Photometric Study of M31 Globular
Clusters
(3) Fan, Z.; Ma, J.; de Grijs, R.; Zhou, X., 2008, MNRAS, 385, 1973, Reddening, colour and
metallicity of the M31 globular cluster system
(4) Fan, Z.; Ma, J.; de Grijs, R.; Yang, Y.; Zhou, X., 2006,MNRAS,371,1648, New age estimates of
M31 globular clusters from multicolour photometry
(5) Fan, Zhou; Ma, Jun; Zhou, Xu; Chen, Jiansheng; Jiang, Zhaoji; Wu, Zhenyu, 2005, PASP, 117,1236,
Identification of X-Ray Point Sources and a Study of the Nature of 62 X-Ray Globular Cluster Candidates in M31
沈世银，男，上海天文台副研究员，现任星团和银河系结构课题组副组长。 研究领域：1.星系的观测性质的统计研究和星系物理 2.X射线源的统计性质研究。截至2008年，已发表第一作者国外SCI论文4篇，获得独立引用150次。2007年获上海自然科学二等奖，入选2008年上海市科技启明星。 个人简历： 1994-1998 重庆大学，理学学士 1998-2001 上海天文台，硕士研究生
2001-2003 德国马普天体物理研究所，博士研究生 2003-2004 德国马普天体物理研究所，访问学者 2004-至今 上海天文台，副研究员
王嘉力，女，国家天文台实验师，从事项目的文秘（包括财务管理和文件整理等）工作。 张伟，男，博士，国家天文台博士后，2009年获得国家天文台青年人才基金支持。 近期发表文章有：
（1） Zhang, Wei; Li, Cheng; Kauffmann, Guinevere; Zou, Hu; Catinella, Barbara; Shen, Shiyin;
Guo, Qi; Chang, Ruixiang，2009，MNRAS，397，1243，Estimating the H I gas fractions of galaxies in the local Universe
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（2） Zhang, Wei; Kong, Xu; Li, Cheng; Zhou, Hong-Yan; Cheng, Fu-Zhen，2007，ApJ，655，851，
Wolf-Rayet Galaxies in the Sloan Digital Sky Survey: The Metallicity Dependence of the Initial Mass Function
（3） Zhang, Wei; Kong, Xu; Cheng, Fu-Zhen，2008，ChJAA，8，211，Clustering Property of
Wolf-Rayet Galaxies in the SDSS 张天盟，男，博士研究生 从事超新星方面的研究
刘顺芳，女，硕博连读研究生 从事变星的光变以及星系团的测光研究
邹虎，男，博士研究生
从事神经网络及恒星、星系分类，天文数据处理方面的研究
王松，男，硕博连读研究生 从事河外星团及天文数据处理方面的研究
5、实施研究方案已具备的条件（如：基础数据资料、实验条件等），尚欠缺的研究条件和拟解决的途径及落实方案。
已具备的条件：
美国亚利桑那大学Steward天文台Bok 2.3米望远镜位于海拔6,900 英尺 (2,071米)的Kitt Peak，纬度：+31°57' 46.5\，经度：111°36' 01.6\，是一台赤道式反射望远镜。Bok是Steward天文台唯一单独运行的最大的望远镜，现在主要为亚利桑那大学，亚利桑那州立大学，北亚利桑那大学提供观测服务，这个2.3米望远镜既可以做光谱观测也可以进行测光的观测。现在上面安装着一个4k×4k CCD相机，视场0.5度×0.5度，长期用于测光观测。目前望远镜及仪器状态良好，一直为亚利桑那大学和亚利桑那州立大学进行观测服务，也为我们将来进行u波段观测积累了丰富的经验。将来升级后的系统将由4个4k×4k蓝敏 CCD组成，视场也将扩展为1度×1度。
国家天文台BATC课题组是一个大视场多色巡天的课题组，课题组从1995年开始到现在十几年来一直利用位于河北兴隆观测站的60/90厘米f/3施密特望远镜进行大视场多色巡天观测，积累了丰富和宝贵的观测和巡天经验。课题组根据自身特点开发了一系列图像处理软件，可以非常自动化地进行图像的定标和测光的批处理。u波段巡天的处理软件可以完全借鉴BATC的数据
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处理软件程序，进行简单改造，从而使用于Bok望远镜的u波段巡天图像处理及星表的生成。
尚欠缺的研究条件和拟解决的途径及落实方案：
1) 4个4k×4k CCD拼接相机的研究和设计和制造中，预计2009年底可以研制完成。 2) 设计和安装更大的焦平面适应1度×1度大视场巡天，预计2009年底可以研制完成。 3) 在现存的杜瓦里安装新的电子控制器，升级望远镜的控制计算机，开发新的软件来匹配更新
的硬件系统，预计2009年底可以研制完成。
4) 望远镜导星相机不够快，美方正在对其升级，使其可以更快的导星，从而适应u波段巡天的
需求。
5) 急需开发使用新CCD的u波段图像处理软件，在周旭研究员的领导下可以按期完成开发和
测试。
6) 用于存储海量数据所需的盈动硬盘及磁盘阵列等存储设备，需要购买。 7) 须购买高性能服务器和微机若干台来处理u波段巡天的海量数据。
六、项目管理
1、项目组织管理体制（主要包括：项目负责人及需要成立新的研究单元的管理等）
本项目实行首席科学家负责制，在签订各课题组项目任务书后，主要通过定期讨论协调项目进展，对于没有完成预定研究计划的课题以及相关人员将减少预算研究经费。
2、项目运行机制（主要包括：项目承担单位之间的分工协作机制、项目经费与人才配置、任务分配的结合机制等）
国家天文台作为项目的依托单位，负责项目的总体协调管理，此外还具体负责：
（1）CCD系统升级及望远镜相应系统（杜瓦，控制终端，焦平面和导星相机），经费需求260万元，包括购买CCD芯片及加工等费用；
（2）u波段图像管道式处理软件开发，组员10人，经费需求90万元，包含国家天文台购买数据存储设备、计算机，测试使用的动力能源等费用； （3）负责u波段数据处理系统的开发研究； （4）利用巡天数据开展科学研究；
上海天文台作为项目的参加单位，具体负责：
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（1）辅助工具软件系统研究子课题，组员3人，经费需求30万元； （2）负责观测辅助工具软件系统的开发以及数据分析研究； （3）利用巡天数据开展科学研究；经费需求20万元。
七、项目风险分析
由以上有关本项目的可行性分析、已具备的基础和条件等可以看出，本项目的实施不存在风险。尽管项目有一定的创新性，但是都是基于我们多年的观测和数据处理经验之上的，项目组的成员可以很顺利地如期完成任务。
八、经费预算与资源集成方案
1、经费需求
1）项目预算总表 （金额单位：万元 ）
科目名称 （1） 经费总额 1 设备费 科研业务费（合计） （1）材料费 （2）测试化验加工及计算分析费 （3）燃料动力费 2. （4）差旅费 （5）会议费 （6）国际合作与交流费 总预算 （2）=（3）+（4） 550 290 196 2 20 9 79 29 27 项目经费 （3） 单位自筹 （4） 150 100 50 0 0 0 0 10 10 20 10 0 0 400 190 146 2 20 9 79 19 17 0 0 44 20 （7）出版/文献/信息传播/知识产权事务费 20 （8）专家咨询费 3 劳务费 4 管理费
10 44 20 2010年 2011年 37
2012 年
经费需求 项目经费 单位自筹 250 150 100 200 150 50 100 100 0
2）经费集成（单位:万元）
序号 1 2 3 4 经费来源 与本项目相关的其他来源经费（合计） 从国家各类计划申请到的经费 从地方、企业计划申请到的经费 其他渠道申请到的经费 总额 0 0 0 0 匹配经费总额
其中：院外经费 自筹经费 150 50 100 400 150/400 申请院项目经费 匹配经费/院项目经费 3）院支持经费课题明细表
课题名称 负责人 单 位 起止时间 经费（万元） CCD升级和焦平面设计 u波段图像处理软件开发 辅助工具软件开发 基于u波段数据课题研究 周旭 周旭 景益鹏 景益鹏 / 国家天文台 国家天文台 上海天文台 上海天文台 / 2009.12-2012.12 2009.12-2012.12 2009.12-2012.12 2009.12-2012.12 / 260 90 30 20 400 备注 院支持经费合计 说明：单位既可以是研究所，也可以是所内研究室或课题组
2、编制项目经费预算
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按照《中国科学院知识创新工程重要方向项目经费预算申报书》格式编制。对各科目支出的主要用途、与项目研究的相关性及测算方法、测算依据进行详细分析说明。（未对支出进行分析说明的，一般不予核定预算） （一） 设备费 290万元 ? 用于美国亚利桑那大学研制4个全新的4k×4k CCD拼接相机购买材料，260万元。 ? 服务器1台，15万 ? 磁盘阵列2台，2×2.5万=4万 ? 台式机3台×2万=6万 ? 笔记本电脑2台，2×2万=4万 ? 数据存储500G移动硬盘5个：5 ×0.2万=1万 （二） 材料费 2万 ? 用于打印费用，纸张和硒鼓等材料的购买； （三） 测试化验加工及计算分析费 20万元 ? 编制巡天数据管道式处理软件15万； ? 软件测试费用5万； （四） 燃料动力费 9万元 ? 光、电实验室水电费，按每年3万元计算。 （五） 差旅费79万元 ? 美国图桑（TUCSON）60.4万元 常驻观测人员3年每年120天的食宿和生活补贴：10.8万×3人次=32.4万元 短期访问：7人次的食宿和生活补贴=3.95万×7人次=28万元 ? 外地专家来北京的会议差旅费 8.3万元 ? 北京去外地进行项目研讨的差旅费 10.2万元 （六） 会议费 29万元
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? 用于每半年举办1次中型的国内会议：400元×30人×2天×6次=14.4万元 ? 每半年举办1次中型国际会议：400元×30人×2天×6次=14.4万元 （七） 国际合作与交流费 27万 ? 美国Steward天文台专家的会议差旅：往返机票：1.5万元×3人×6次=27万 （八） 出版/文献/信息传播/知识产权事务费 20万元 ? 文章版面费，1万×5篇=5万； ? 文献查新费1000×3=3000元； ? 资料费，2000×3=6000元； ? 每年工作报告及制作宣传海报等3000元，3000×3=9000元； ? 专用软件及调试费用：13.2万 （九） 专家咨询费 10万 ? 会议专家咨询费：9万 ? 通讯专家咨询费：约1万； （十） 劳务费44万元 （十一） 管理费 20万元 ? 按照项目申请经费的5%计算。
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重大项目可行性研究报告-国家天文台 - 图文
