积分场和多目标光谱学

积分场和多目标光谱学通过在小视场内的每个点或同时对多个独立目标记录光谱，从而成倍提高了光谱仪的效率。

Definition

积分场光谱学记录了连续视场内每个空间元素的光谱，生成了位置和波长的数据立方体；而多目标光谱学则使用光纤或多个狭缝同时记录了许多离散目标的光谱。

Scope

本主题涵盖了由微透镜阵列、光纤束或图像切片器构建的积分场单元，这些单元在每个空间采样点生成光谱，以及由此产生的三维数据立方体；使用可配置光纤、机器人定位器或狭缝掩模的多目标光谱仪；以及这些技术带来的数据约简和天空背景扣除挑战。

Core questions

• 如何一次性获得视场中每个点的光谱？
• 微透镜、光纤和图像切片器积分场单元有何不同？
• 如何同时记录数百个目标的光谱？
• 这些技术带来了哪些数据约简挑战？

Key theories

积分场重构

微透镜阵列、光纤束或图像切片器重新排列二维视场，以便传统光谱仪可以分散每个空间采样点，重建一个位置-位置-波长数据立方体。

多路复用目标光谱学

由机器人或插板定位的光纤，或多狭缝掩模，将来自多个目标的光线送入一个光谱仪，将光谱学的巡天速度提高了几个数量级。

天空背景扣除和约简

由于光纤和切片采样了天空和仪器的不同部分，因此准确的背景扣除和光纤间的校准对于恢复微弱光谱至关重要。

Clinical relevance

这些技术为星系和恒星的大型光谱巡天以及星系、星云和星团的空间分辨研究提供了动力；积分场数据立方体在一次曝光中绘制了扩展天体上的速度场和成分分布。

History

积分场光谱学在20世纪80年代和90年代由TIGER仪器率先应用，随后出现了图像切片器和大型光纤系统。现在，拥有数百到数千根光纤的多目标光谱仪推动了主要的巡天项目，绘制了大量星系和恒星的位置和运动。

Key figures

• Roland Bacon
• Guy Monnet

Seminal works

• bacon1995
• eversberg2015

Frequently asked questions

积分场光谱学中的数据立方体是什么？

它是一个三维数据集，具有两个空间轴和一个波长轴，因此成像视场中的每个点都具有完整的光谱。在某个波长处对立方体进行切片可以得到图像，而提取一个空间点则可以得到光谱，这使得天文学家能够绘制物体上成分和运动的变化情况。

多目标光谱学如何加速巡天？

可配置光纤或多狭缝掩模不是一次观察一个目标，而是将来自许多目标的光线同时送入单个光谱仪。通过每次曝光记录数百或数千个光谱，一个一次只观察一颗恒星需要数年的巡天可以大大加快完成。