射電天文觀測虛擬仿真實驗課程是北京大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：射電天文觀測虛擬仿真實驗課程
- 建設院校： 北京大學
- 課程負責人： 王然
- 授課教師：李柯伽、王科
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
我國的天文學目前的發展和研究現狀是處於巨大的變革階段。我國已建成500米中國天眼FAST望遠鏡。它優越的靈敏度,一舉使得我國低頻射電天文學從相對薄弱的基礎躍升為世界射電領域的勁旅。另外-方面,國際上射電天文發展也是日新月屏。“平方公里陣列射電望遠鏡(Square Kilometre Array,簡稱SKA)”是由全球超過十個國家計畫投資65億歐元建造的、世界最大綜合孔徑射電望遠鏡。SKA是一 部將使人類獲得前所未有的超級靈敏、超大視場和超快巡天速度的天文望遠鏡,將對宇宙的認識帶來革命性的發現和飛躍式的進步。天文觀測技術在毫米、射電領域的飛速發展和觀測項目激烈的國際競爭對天文學科的人才培養提出了新的迫切需要:要求我們在教學中加強對學生的實踐訓練,讓學生能夠將課本知識套用於實踐,在實踐中積累經驗,培養科研能力。
天文觀測實驗教學的開展存在著很多實際困難。-方面,學校不可能運行諸如中國天眼望遠鏡這樣的大型科研設備,很難充分開展觀測實驗教學。另-方面，天文台遠離城市,而且科研任務繁重,沒有辦法為基礎教學實驗提供大量的時間讓學生有充分的練習。尤其是在亞筆米、米、射電波段,由於望遠鏡的構造、信號接收原理、噪聲來源等都與光學望遠鏡,照相機等設備完全不同，學生無法將課 本的相關概念與已有的經驗、常識相聯繫。我們知道,唯有學以致用、知行並進才能有效地掌握實踐性很強的射電天文觀測技術。教學需求與現役大型射電望遠鏡寶貴的觀測時間之間是一個巨大的矛盾。 因此建設一個能夠開展教學實踐的實驗平台就顯得更為重要。考慮到直接操作大型射電天文設備對於廣大的學生機會+分稀少,因此利用虛擬仿真的方法對學生開展射電天文的基本觀測能力進行培訓。-方面讓學生從書本上走出來,理解射電天文觀測的基本方法,直觀地了解望遠鏡的運行方式;另外一方面,我們的虛擬環境是直接取材於現有大型無線電望遠鏡的真實控制系統，讓學生有第一手的射電天文觀測經驗,以便今後學以致用。
教學目標
本實驗教學的主要目標,包括知識套用的訓練、實踐能力的培養、以及綜合素質培養3 三個方面:
知識套用訓練:天文觀測是天文學科的主要組成部分之一, 能夠理解並運用天文觀測知識,掌握望遠鏡的使用是從事天文科學研究的基礎。通過本虛擬實驗課程的教學,學生能夠做到如下幾點:
1.理解天文觀測使用的坐標系統及之間的換算關係，掌握在給定望 遠鏡地理位置和幾何參數條件下計算可見天區。掌握根據恆星時和國際協調時之間的關係,能夠根據給定時間計算天文觀測對象在地平線上升起和落下的時間,以及在天空中的地平坐標位置。
2.理解觀測數據信噪比的概念,能夠根據天體流量、望遠鏡增益、 噪聲等參數估計觀測信噪比,掌握根據需要的信噪比計算觀測所需要的時間。
3.了解觀測數據,能夠快速地對觀測數據質量給予評價,處理、分析,從而獲得需要的物理信息。
實踐能力培養:針對射電天文觀測,我們注重通過虛擬教學實現學生實踐能力的培養,特別是學會處理實際中常見的的一些突發情況,以實現對真實觀測過程的無縫銜接。需要掌握的技能有:
1.熟悉天文觀測儀器(包括望遠鏡和終端儀器等)的操作流程。
2.掌握處理觀測過程中偶然出現的狀況的方法,包括:調整數字後端的線性工作區,退出望遠鏡的限位,處理過天頂點跟蹤失鎖,風速過高時停泊望遠鏡。
3.培養學生知道哪些情況是不能自行處理的,需要及時聯繫望遠鏡技術團隊。
綜合素質培養:學習在觀測設計中需要考慮的潛在科學產出,並結合望遠鏡的實際性能參數和具體想要研究的科學問題、天體的特徵等，主動設計天文觀測,獲得完成課題研究所需的數據。培養學生具備基本的射電天文訓練,整體提高學生在射電天文觀測方面的思考能力,理解天文望遠鏡基本工作原理並能夠處理觀測流程中的常見問題,提升在承受壓力條件下應對突發情況時的心理素質。
