We provide formulae for the calculation of precise Doppler velocities of sunlight, in both the case of direct observations of the Sun and in reflection from the surfaces of solar system objects such as the Moon or asteroids. We discuss the meaning of a "barycentric correction" of measurements of these Doppler velocities, which is a different procedure from the analogous correction for starlight, and provide a formula for reducing such measurements to the component of the Sun's motion in the direction of the Earth or other Solar System object. We have implemented this procedure in the public barycorrpy Python package, and use it to explore the properties of the barycentric-corrected Doppler velocity of sunlight over 30 years. When measured directly, we show it is dominated by the non-periodic motion due to Jupiter, and that the signals of the other planets, including Venus, are not discernible in Fourier space. We show that "detecting" Venus in the Doppler velocities of sunlight will require either observing sunlight in reflection from an asteroid, or modeling the their individual contributions to the motion of the Sun in counterfactual kinematic or dynamical simulations of the Solar System with and without them.
Photon-weighted barycentric correction and its importance for precise radial velocities
当重心校正应用于精确的径向速度测量时,通常的做法是仅在观测的光子加权中点时间计算其值,而不是在整个曝光上积分。然而,由于重心校正不随时间线性变化,这导致在导出的径向速度中的系统误差。这种二阶效应的典型量级为10 cm s $^{-1}$,但它取决于几个参数,例如天文台的纬度、目标在天空中的位置和曝光时间。我们表明,有现实的观察情况下,误差可以达到超过1毫秒$^{-1}$。因此,我们建议在这种情况下工作的仪器总是记录和存储曝光计通量曲线(或类似的测量),以用作重心校正的光子权重。在现有的数据中,如果通量曲线不再可用,我们认为,在重心校正的二阶误差可以减轻通过添加一个修正项假设恒定的通量。
The Measured Impact of Chromatic Atmospheric Effects on Barycentric Corrections: Results from the EXtreme PREcision Spectrograph
对系外行星宿主恒星进行高精度径向速度测量的一个误差来源是观测期间地球大气传输的色度变化。减轻这种错误需要的光子加权的重心校正被应用作为整个恒星光谱的波长的函数。我们已经设计了一个系统的彩色光子加权重心校正的超精密摄谱仪(EXPRESS)和目前的结果,从第一年的业务,径向速度测量的基础上超过$10^3$高分辨率恒星光谱。对于观测时间长于250秒,我们发现,如果忽略重心校正的色分量,径向速度误差的范围可达1 m s $^{-1}$的交叉相关,这取决于夜间的大气条件。对于这种误差分布,G型星的标准差为8.4 cm s $^{-1}$,K型星为8.5 cm s $^{-1}$,M型星为2.1 cm s $^{-1}$。这种错误被减少到远低于仪器和光子噪声限制地板频繁通量采样的观测星与低分辨率曝光计摄谱仪。
Daily variability of Ceres' Albedo detected by means of radial velocities changes of the reflected sunlight
黎明号最近在谷神星上发现了明亮的特征,这扩展了以前的测光和空间望远镜观测。这些特征应该会使反射太阳光谱的线轮廓产生扭曲,因此会产生由矮行星旋转调制的明显径向速度变化。在这里,我们报告了在2015年7月31日和8月26日至27日的夜晚,通过3.6米La Silla ESO望远镜的高精度HARPS光谱仪对谷神星进行的两次观测。观测结果揭示了一个相当复杂的行为,可能结合了由于旋转引起的径向速度调制,振幅约为+/- 6 m/s,以及意想不到的昼夜效应。后者的变化意味着由于暴露在太阳辐射下产生的火焰,Occator明亮特征的亮度发生了变化。谷神星的短期变化从几小时到几个月不等,可以通过专门的径向速度观测来确认和跟踪。
The SPIRou Legacy Survey: Detection of a nearby world orbiting in the habitable zone of Gl725B achieved by correcting strong telluric contamination in near-infrared radial velocities with WAPITI
Université de Toulouse, UPS-OMP, IRAP, CNRS(图卢兹大学);SUPA School of Physics and Astronomy, University of St Andrews(圣安德鲁斯大学物理与天文学学院);Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);Trottier Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal(蒙特利尔大学特罗蒂尔系外行星研究所);Observatoire du Mont-Mégantic, Université de Montréal(蒙特利尔大学蒙梅吉亚克天文台);Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, Institut Origines, LAM(艾克斯马赛大学);Université Marie et Louis Pasteur, CNRS, Observatoire des Sciences de l’Univers THETA Franche-Comté Bourgogne, Institut UTINAM (UMR 6213)(弗朗什-孔泰-勃艮第宇宙科学观测站)
Three years of Sun-as-a-star radial-velocity observations on the approach to solar minimum
太阳型恒星的时变速度场限制了其行星质量径向速度测定的精度,阻碍了对地球双胞胎的探测。自2015年7月以来,我们一直在白天使用特制的太阳望远镜和HARPS-N恒星径向速度光谱仪的光纤来监测圆盘集成的太阳光。我们提出并分析了太阳径向速度测量和交叉关联函数(CCF)的参数在第一个3年的观测,解释它们的背景下,空间分辨太阳观测。我们描述了一个贝叶斯混合模型的方法来自动化的数据质量监控。我们提供了动力学和每日的差异消光校正放置在日心参考系的径向速度,并在恒星系的CCF形状参数。我们实现了光子噪声限制径向速度精度优于0.43米秒$^{-1}$每5分钟的观察。日常精度受零点校准不确定度的限制,RMS离散度约为0.4 m s $^{-1}$。我们发现了来自颗粒化和太阳活动的重要信号。在一天之内,颗粒噪声占主导地位,振幅约为0.4 m s $^{-1}$,自相关半衰期为15分钟。在较长的时间尺度上,活动占主导地位。当太阳黑子群穿过太阳圆盘时,CCF变宽。光斑区域暂时降低CCF的固有不对称性。径向速度的增加,伴随着一个活跃的区域通道有一个典型的振幅为5米秒$^{-1}$,并与线的不对称性,但导致3天。因此,谱线形状的变化显示出作为恢复真实径向速度的代理的希望。
The Sun as a planet-host star: Proxies from SDO images for HARPS radial-velocity variations
太阳是唯一一颗表面可以直接以高分辨率分辨的恒星,因此构成了探索恒星径向速度(RV)变化的物理起源的绝佳测试案例。我们提出了HARPS观测的阳光散射的明亮的小行星4/灶神星,从中我们推导出太阳的活动驱动的RV变化。与此同时,太阳动力学天文台上的HMI仪器为我们提供了同时的高空间分辨率磁图,多普勒图和连续图像的太阳在Fe I 6173A线。我们确定RV调制所产生的抑制颗粒蓝移磁化区域和暗斑和亮光斑引起的磁通量不平衡。这些贡献的均方根速度幅度分别为2.40 m/s和0.41 m/s,这证实了对流的抑制是活动引起的RV变化的主要来源,根据以前的研究。我们发现斑点和斑区的多普勒不平衡只有弱相关。因此,光变曲线只能给出对流蓝移抑制的不完全预测。相反,我们必须寻找直接跟踪可见恒星半球上的谱斑覆盖的代理。由HARPS谱导出的色球通量指数R'_HK在这方面表现不佳,可能是由于色球和光球临边增亮/变暗的差异。我们还发现,活动驱动的RV变化的太阳是强烈相关的全磁盘磁通量密度,这可能成为一个有用的代理活动相关的RV噪音。