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超凈信號處理和納秒級數據精度賦予全球最大的切倫科夫望遠鏡空前的靈敏度 位于加納利群島拉帕爾馬島上的神奇MAGIC伽馬射線(xiàn)望遠鏡是用來(lái)觀(guān)測宇宙中發(fā)出的高能伽馬射線(xiàn)，諸如超新星或黑洞。天文學(xué)家還通過(guò)兩個(gè)望遠鏡研究恒星整個(gè)生命周期的直徑變化。使用地面望遠鏡完成這個(gè)任務(wù)可謂困難重重，因為恒星的角直徑非常小，只有幾毫弧秒，這就猶如從紐約遠望一枚放在埃菲爾鐵塔頂端的硬幣。即使是全球最大的望遠鏡也無(wú)法直接測量它們。因此，研究人員整合了多個(gè)相距數十米以外的望遠鏡所發(fā)出的光來(lái)記錄物體的光強度，這種技術(shù)被稱(chēng)為強度干涉測量法。然而，由于這些信號非常微弱，所以任何雜散信號和串擾都會(huì )將其淹沒(méi)。在對幾種數字化儀卡的性能進(jìn)行綜合評估后，Spectrum儀器M4i.4450-x8數字化儀卡成為了最終的選擇。 
圖1：兩個(gè)MAGIC伽馬射線(xiàn)望遠鏡位于拉帕爾馬島海拔2200多米的地方 馬克斯普朗克研究所電子開(kāi)發(fā)項目負責人David Fink 表示：“我們發(fā)現測試的這些PC卡不僅雜散信號和串擾水平為最低，而且每張卡片的性能表現也完全相同。當你試圖比較每個(gè)望遠鏡所發(fā)出信號之間的差異時(shí)就會(huì )發(fā)現，性能表現竟是如此重要。該技術(shù)對通道之間的相關(guān)信號和串擾非常敏感，其中包括從光學(xué)傳感器到嵌入數字化儀卡的PC中采集的任何信號。具體來(lái)說(shuō)，Spectrum儀器提供的這些卡能夠使我們精準的測量納秒時(shí)間段光強度的波動(dòng)，其靈敏度約為20世紀70年代納拉布里干涉儀的10倍�！� “我們選擇Spectrum儀器數字化儀卡的另一重要因素則是其產(chǎn)品卓越的可靠性。這些卡片是由位于西班牙加納利群島拉帕爾馬島高山上的兩臺望遠鏡定位的，如果出現問(wèn)題再去更換一張新卡實(shí)非易事。此外，還要考慮到儀器停機和觀(guān)測時(shí)間損失的成本。Spectrum儀器旗下產(chǎn)品的保修期長(cháng)達五年，這表明他們對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的十足信心。這一點(diǎn)我們也從科學(xué)領(lǐng)域的其他用戶(hù)方面得到了證實(shí)。最后，Spectrum儀器承諾五年保修期過(guò)后仍將負責對產(chǎn)品的維護，這如同給了我們一顆定心丸。因為如果一個(gè)長(cháng)期項目的核心組件不能再用，往往意味著(zhù)研發(fā)團隊需要從新開(kāi)發(fā)一個(gè)系統�！� 由于需要處理大量的數據，該系統使用了Spectrum儀器研發(fā)的SCAPP軟件(Spectrum儀器CUDA 并行處理訪(fǎng)問(wèn))。這是一種將所有從數字化儀收集的數據發(fā)送到NVIDA PC顯卡的方式，而不是電腦CPU為8或16的處理器核心。因為GPU圖形處理器高達5000核，能夠進(jìn)行更快速的數據處理，即使在500MS/s的高分辨率下仍然可以錄制和運行。 一顆遙遠的恒星直徑是通過(guò)從恒星發(fā)出的不同光線(xiàn)的數字化來(lái)測量的。然后在觀(guān)測期計算和平均互相關(guān)，以確定其變量作為兩個(gè)望遠鏡之間距離的函數。當恒星在天空中移動(dòng)時(shí)，幾何形狀會(huì )發(fā)生變化。測量一個(gè)形狀需要沿著(zhù)多個(gè)軸折線(xiàn)圖觀(guān)察。 背景 成像大氣切倫科夫望遠鏡(IACTs)反射很強，對光子產(chǎn)生的幾個(gè)光電子信號的響應在一納秒量級。這意味著(zhù)它們非常合適光學(xué)干涉量度觀(guān)測。得益于對可見(jiàn)波長(cháng)的靈敏度和IACT的長(cháng)基線(xiàn)光強度干涉測量，角分辨率可以實(shí)現從幾十到微角秒。該項目在兩個(gè)直徑17米的IACT的攝像機上安裝了一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)裝置，并觀(guān)測了用兩個(gè)望遠鏡測量的三顆不同恒星的光子強度的相干波動(dòng)。
圖2：MAGIC(神奇伽馬射線(xiàn)望遠鏡)是全球最大的大氣切倫科夫望遠鏡，每個(gè)直徑17米 該研究所關(guān)于這個(gè)項目的論文名為《MAGIC》，鏈接https://arxiv.org/abs/1911.06029 延展閱讀：https://arxiv.org/abs/1204.3624 由于拉帕爾馬火山位于拉帕爾馬南部，因此，位于該島北部的望遠鏡目前沒(méi)有受到火山爆發(fā)的威脅。
Spectrum M4i.4450-x8的雙通道數字化儀，速度為500 MS/s |
