【虹科案例】使用虹科数字化仪测量遥远恒星的直径

加那利群岛拉帕尔马岛的 MAGIC 望远镜是为了观测发射高能伽马射线的宇宙物体（即超新星或黑洞）而建造的。天文学家使用双望远镜测量恒星的直径，以研究其整个生命周期的过程。对于地球上的望远镜来说，这是一项具有挑战性的任务，因为恒星的角直径非常小，只有几毫角秒，即使是世界上最大的望远镜也无法直接测量它们。因此研究人员通过组合来自数十米距离的多个望远镜的光来记录物体的光强度——这种技术称为强度干涉测量法。 然而，信号非常微弱，因此任何杂散信号和串扰都会淹没它们。在评估了多种品牌的数字化仪后，研究所最终选择了虹科 M4i.4450-x8 数字化仪。

图1：位于加那利群岛拉帕尔马岛海拔2200m以上的双望远镜MAGIC

项目背景

遥远恒星的直径是通过将从恒星接收到的光的变化数字化来测量的。在观测过程中计算互相关性并对其进行平均，以确定其随望远镜之间距离的变化。当恒星在天空中移动时，几何形状会发生变化，测量形状需要沿多个轴进行观察。

图 2：MAGIC（主要大气伽马射线成像切伦科夫）是世界上最大的空气切伦科夫望远镜，每个直径为 17m

大气切伦科夫成像望远镜（IACT）具有大型镜子，对光学光子产生的一些光电子信号的响应时间约为一纳秒。这意味着它们非常适合光学干涉测量观测。由于它们对可见波长的敏感性以及 IACT 的长基线光强度干涉测量，可以实现数十至微角秒的角分辨率。该项目在两个直径 17m IACT 的相机顶部安装了一个简单的光学装置，并观察了两个望远镜测量的三颗不同恒星的光子强度的相干波动。

虹科应用

由于要处理大量数据，该系统使用虹科的SCAPP软件（虹科CUDA Access for Parallel处理）。这是一种将从数字化仪收集的所有数据发送到 NVIDA PC 图形卡的方法。因为 GPU 图形处理器具有多达 5000 个核心，可提供更快的数据处理速度。这使得录音能够以每秒 500 兆样本的高分辨率运行。

图 3：HK-M4i.4450-x8  2通道数字化仪，500 MS/s

“我们发现这些卡不仅在我们测试的所有 PC 卡中具有最低水平的杂散信号和串扰，”马克斯·普朗克物理研究所负责该项目电子开发的 David Fink 说道，“而且每张卡的性能也相同，更有利于比较每个望远镜的信号之间的差异。该技术对通道之间的相关信号和串扰非常敏感，包括从光学传感器到安装数字化仪的计算机沿途拾取的任何信号。从长远来看，这些数字化仪使我们能够精确测量波动，并未纳秒时间尺度上的光强度测量提供了前所未有的灵敏度，比 20 世纪 70 年代纳拉布里干涉仪所达到的灵敏度高出大约十倍。”