低频(150兆赫以下)高分辨率(~1弧分)天文成像只是最近才随着消除电离层失真的新校准算法的发展而变得实用。除了在观测天文学中打开一个新的窗口之外,电离层畸变的校准过程还以前所未有的方式探测电离层结构。在这里,我们探讨这种新型的电离层测量的一个方面,作为其角间距的函数的天体源对的差分折射。该测量探测视线总电子含量(TEC)的空间梯度变化,在10公里以下至100公里以上的空间尺度上达到0.001 TECU/km的精度。我们使用VLA低频巡天(VLSS; Cohen et al. 2007,AJ 134,1245)的数据,这是一个几乎完整的74 MHz巡天,可以通过位于新墨西哥州索科罗的甚大阵(VLA)望远镜看到整个天空。这些数据包括500多个小时的观测,全部以标准方式校准。虽然电离层的空间结构在每次观测中变化很大,但经过数百小时的分析,统计模式变得明显。我们提出了一个详细的描述如何中值差分折射取决于源对分离,海拔和一天中的时间。我们发现,海拔效应是大的,但几何可预测的,可以“删除”分析使用电离层的“薄壳”模型。我们发现白天的电离层空间变化比晚上大得多。这些日变化似乎影响较大的角度尺度,以更大的程度表明,他们来自相对较大的空间尺度(100公里,而不是10公里)的干扰。
英文摘要:
High resolution (~1 arcminute) astronomical imaging at low frequency (below 150 MHz) has only recently become practical with the development of new calibration algorithms for removing ionospheric distortions. In addition to opening a new window in observational astronomy, the process of calibrating the ionospheric distortions also probes ionospheric structure in an unprecedented way. Here we explore one aspect of this new type of ionospheric measurement, the differential refraction of celestial source pairs as a function of their angular separation. This measurement probes variations in the spatial gradient of the line-of-sight total electron content (TEC) to 0.001 TECU/km accuracy over spatial scales of under 10 km to over 100 km. We use data from the VLA Low-frequency Sky Survey (VLSS; Cohen et al. 2007, AJ 134, 1245), a nearly complete 74 MHz survey of the entire sky visible to the Very Large Array (VLA) telescope in Socorro, New Mexico. These data comprise over 500 hours of observations, all calibrated in a standard way. While ionospheric spatial structure varies greatly from one observation to the next, when analyzed over hundreds of hours, statistical patterns become apparent. We present a detailed characterization of how the median differential refraction depends on source pair separation, elevation and time of day. We find that elevation effects are large, but geometrically predictable and can be "removed" analytically using a "thin-shell" model of the ionosphere. We find significantly greater ionospheric spatial variations during the day than at night. These diurnal variations appear to affect the larger angular scales to a greater degree indicating that they come from disturbances on relatively larger spatial scales (100s of km, rather than 10s of km).
Probing Variations in Earth's Ionosphere Using Pulsars
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, National Astronomical Observatories, CAS(中国科学院国家天文台射电天文与技术重点实验室);University of Chinese Academy of Sciences, CAS(中国科学院大学);Institute for Frontier in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University(北京师范大学前沿交叉科学研究院);Fakultät für Physik, Universität Bielefeld(比勒费尔德大学物理学院);Aerospace Information Research Institute (AIR), Chinese Academy of Sciences (CAS)(中国科学院空天信息创新研究院);National Centre for Radio Astrophysics, Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所国家射电天体物理学中心);Department of Physics, McGill University(麦吉尔大学物理系);Trottier Space Institute, McGill University(麦吉尔大学特罗蒂尔太空研究所)
Probing the ionosphere by the pulsar B0950+08 with help of RadioAstron ground-space baselines
PSR B0950+08发射的脉冲的电离层散射是使用10米射电天文空间射电望远镜、300米阿雷西博射电望远镜和14x25米韦斯特博克综合射电望远镜在316至332兆赫之间的频带测量的。我们分析了这种现象的基础上获得的天线之间的相位差的模拟模型,广泛分离的近25个地球直径。本文介绍了一种在地空干涉仪地面站处理和分析电离层总电子含量(TEC)的技术。这种技术使我们能够获得几乎同步的半小时结构的TEC在电离层中的Arecibo和WSRT站之间的洲际距离。我们发现,所检测到的结构的振幅值是大约两倍大的TEC在国际参考电离层(IRI)项目中得出的值。此外,这些结构外的TEC值几乎与IRI发现的相应值相同。根据初步分析,探测到的结构是在行星际扰动产生的最小Dst指数约为75 nT的磁暴期间观测到的,可能是由于行星际和磁层现象对电离层扰动的影响。我们表明,空间甚长基线干涉测量为我们提供了新的机会来研究TEC,我们展示了这种仪器的能力,研究电离层。
Testing the accuracy of the ionospheric Faraday rotation corrections through LOFAR observations of bright northern pulsars
在射频下测量的恒星极化辐射的法拉第旋转为研究星际和行星际磁场提供了一个强有力的工具。然而,除了对天体物理介质敏感外,脉冲星射电观测还受到高度时变的电离层的影响。本文采用薄层模型计算了电离层法拉第旋转量。为此,需要(根据全球定位系统数据)绘制电离层自由电子密度图和半经验地磁模型。通过五个高度极化的电离层观测数据与个别德国低频阵列站,我们调查的性能电离层建模。此外,我们估计的参数的系统和相关的噪声所产生的残余未建模的电离层效应,并显示不同的自由电子密度图的比较。对于最好的电离层图,我们发现在减去日周期后的一年时间尺度上的旋转测量改正精确到$\sim$ 0.06- 0.07 rad m $^{-2}$。
Separating Nightside Interplanetary and Ionospheric Scintillation with LOFAR
由于必须使用低射频,电离层引起的闪烁可能会混淆行星际贡献,因此对地球轨道以外的行星际闪烁(IPS)进行观测可能具有挑战性。Kaplan { \it et al}(2015)最近发表的一篇论文介绍了使用Murchison宽场阵列(MWA)进行的观测,报告了在其视场内两个射电源上的夜侧IPS的证据。然而,所使用的2.s的低时间节奏可能会使IPS信号达到平均值,从而导致合理的假设,即闪烁更有可能起源于电离层。为了验证或以其他方式这一假设,这封信使用的IPS的观察,在一个高的时间节奏,使用低频阵列(LOFAR)。将这些平均为与MWA观测相同,我们证明MWA结果与IPS一致,尽管不能排除电离层的一些贡献。这些LOFAR观测代表了第一个使用LOFAR的夜侧IPS,太阳风的速度与一个观测中的缓慢太阳风流一致,而另一个观测中预计会观测到CME。
Solar, Heliospheric and Ionospheric Physics: Pathfinders, Precursors and SKAO Perspective
ASTRON - Netherlands Institute for Radio Astronomy(荷兰射电天文研究所);Indian Institute of Technology, Kanpur(坎普尔印度理工学院);National Centre for Radio Astrophysics, Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究院国家射电天体物理中心);Dublin Institute for Advanced Studies(都柏林高等研究院);University of Oslo(奥斯陆大学);University of Bath(巴斯大学)
Indian Institute of Technology Indore(印度印多尔理工学院);Ludwig-Maximilians-Universität(慕尼黑大学);Indian Institute of Geomagnetism(印度地磁研究所);Institute of Astronomy Space and Earth Science(天体物理、空间与地球科学研究所)
Low-frequency Faraday rotation measures towards pulsars using LOFAR: probing the 3-D Galactic halo magnetic field
我们确定了法拉第旋转措施(RM)对137个恒星在北方天空中,使用低频阵列(LOFAR)在110-190 MHz的观测。这是迄今为止最大的低频RM目录,由于数据的低频和宽带宽,在RM合成方法的帮助下,平均将现有RM测量的精度提高了20倍。我们首次报告了25个卫星的RM。对RM进行了电离层法拉第旋转校正,以将我们的星表精度提高到约0.1 rad m $^{\rm -2}$。电离层RM校正是目前测量不确定度的最大贡献者。此外,我们发现,法拉第色散函数对pixels是非常法拉第薄-大多数小于0.001 rad m $^{\rm -2}$。我们使用这些新的精确RM测量(结合现有的RM,分散措施和距离估计),以估计星系晕磁场的尺度高度:2.0 $\pm$ 0.3千秒差距的银河系象限I和II以上和以下的银河系平面(我们也评估这些地区的尺度高度分别)。总的来说,我们最初的低频目录提供了有关银河系磁场三维结构的有价值的信息。
A Formalism for Calibrating the Instrumental Polarization of Radio Interferometric Arrays at Meter Wavelengths using Unpolarized Sky: A Demonstration using the MWA Observations
Synthesis imaging with a lunar orbit array: III. Augmented lagrangian Multiplier Imaging using Gradient descent Optimization (AMIGO)
National Astronomical Observatories, CAS(中国科学院国家天文台);School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学天文与空间科学学院);Center of High Energy Physics, Peking University(北京大学高能物理中心)
The LOFAR Decametre Sky Survey (LoDeSS) I. Survey description and first data release
ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy(荷兰射电天文研究所);Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen(格罗宁根大学卡普坦天文研究所);INAF – Istituto di Radioastronomia(意大利国家天体物理研究所射电天文研究所);Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg(汉堡大学汉堡天文台);Leiden Observatory, Leiden University(莱顿大学莱顿天文台);Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam(阿姆斯特丹大学安东·范·帕内库克天文研究所)
Murchison Widefield Array Observations of Anomalous Variability: A Serendipitous Night-time Detection of Interplanetary Scintillation
我们目前的观测高振幅快速(2秒)的变化对两个明亮的,紧凑的河外射电源的几百个最明亮的无线电源中的一个30x30度MWA时代的再电离场使用默奇森宽场阵列(MWA)在155 MHz。在拒绝内在的,仪器,电离层的起源,我们认为最有可能的解释,这种变化是行星际闪烁(IPS),可能是一个大的日冕物质抛射从太阳传播的结果。这一点可以通过Ooty射电望远镜大致同期的观测得到证实。我们看到了从1e6公里的空间尺度上的结构的证据<1000 km to >。这些探测的偶然夜间性质说明了MWA为IPS研究开放的新机制,具有灵敏的夜间,宽场,低频观测。这一制度补充了传统的专门观测入侵防御系统的战略,并可实时用于促进专门的后续观测。与此同时,尽管阵列的分辨率为2弧分,但它允许对低频射电源中的紧凑(弧秒)结构进行大规模调查。