中分辨率光谱巡天第一次数据发布

第一章 综述

大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST,也称郭守敬望远镜)是我国自主研发设计的大型光学波段观测设备,由中国科学院国家天文台运行和维护。郭守敬望远镜是一个特殊的反射式施密特望远镜,焦面上安装了4000根光纤,可以同时观测20平方度视场内的4000个目标,大大提高了目标光谱的获取率。从2018年10月开始,LAMOST开启了二期巡天项目。该项目包括了两个任务,即低分辨率巡天和中分辨率巡天。二期项目将用约一半的观测时间(暗夜/灰夜)继续进行低分辨率光谱巡天任务,用另一半观测时间(亮夜/灰夜)开展中分辨率巡天任务$^{[1]}$。中分辨率巡天不仅包括一个常规的巡天任务(简称为:非时域巡天),还包括一个时域光谱巡天任务。

此次共发布11,422,346条单次曝光光谱和2,968,667条合并光谱,它们被写入到1,529,570个FITS文件中。对于非时域巡天,共发布1,010,666条合并光谱,对于时域巡天,共发布2,878,717条单次曝光光谱。此次发布的数据产品能够从http://dr7.lamost.org/ 网站获得,它们包括:

(1) 光谱 – 对每个观测源,每次曝光将获得两条光谱,一条是蓝端光谱,另一条是红端光谱。一般而言,每个观测源将被观测多次,因此可以通过合并单次曝光的光谱获得合并光谱。然而,少数目标由于一些原因(比如波长定标)将缺失红端或者蓝端光谱,因此它们的FITS数据中将只有一个或者没有合并光谱数据。对于蓝端和红端合并光谱,它们的波长覆盖范围分别是[4950 $\unicode{x212B}$, 5350 $\unicode{x212B}$]和[6300 $\unicode{x212B}$, 6800 $\unicode{x212B}$]。

(2) 星表 – 除光谱数据外,此次还发布了四个参数星表,它们分别是:“LAMOST中分辨总星表”、“LAMOST中分辨参数星表”、“LAMOST中分辨观测天区星表”以及“LAMOST中分辨输入星表”。“LAMOST中分辨总星表”共发布了31个基本光谱参数(赤经、赤纬、星等以及信噪比等)、6个视向速度测量值、6个视向速度误差以及一个视向速度标记(rv_quality)。“LAMOST中分辨参数星表”不仅包括上述31个基本参数,还包括大气参数(有效温度,表面重力和金属丰度)、元素丰度和投影转动速度。此外, “LAMOST中分辨输入星表” 包含了3个其它星表中没有参数和24个前两个表中有的基本参数, “LAMOST中分辨观测天区星表”则为每个天区提供了9个基本参数,比如圆顶视宁度等。

第二章将详细介绍FITS文件,第三章将介绍四个参数星表。

第二章 FITS文件介绍

一、命名

此次共发布1,529,570条FITS文件,其中包括11,422,346条单次曝光光谱和2,968,667条合并光谱。这些FITS文件以“med-MMMMM-YYYY_spXX-FFF.fits”方式被命名。其中,“MMMMM”是一个非负的整数,代表本地修正儒略日,“YYYY”是天区编号,“XX”是一个在1到16之间取值的整数,表示光谱仪编号,“FFF”是一个在1到250之间取值的整数,代表每个光谱仪中的光纤编号。此外,.fits文件头中的“DESIG”关键字给出了每个目标源的命名方法,它们是以“LAMOST JHHMMSS.ss+DDMMSS.ss”方式被命名的。其中,“HHMMSS.ss”是以时分秒为单位的目标源的赤经,“+DDMMSS.ss”是以度分秒为单位的目标源的赤纬。

二、结构

对LAMOST每个观测源,如果它被曝光n次,将会有m(m ≤ n)个蓝端光谱和t(t ≤ n)个红端光谱。如果m和t都大于0,则该观测源会有一个蓝端和一个红端合并光谱。如果m和t中至少有一个等于0,则中分辨FITS文件中将不提供合并光谱。

每个LAMOST中分辨FITS文件中,扩展0是主扩展(只有头文件没有数据矩阵),扩展1和2则分别保存了蓝端和红端的合并光谱。扩展3到m+2保存了n次曝光获得的m个蓝端单次曝光光谱,它们被命名为“B-lmjm”,其中lmjm是每次曝光开始时刻本地修正儒略分。扩展m+3到m+t+2分别保存了n次曝光获得的t个红端单次曝光光谱,它们被命名为“R-lmjm”。

接下来,将分别介绍主扩展、扩展1和2,以及后面的扩展3到(N-1)。

三、主扩展

这一节,将介绍LAMOST中分辨FITS文件的主扩展。与低分辨FITS文件不同,中分辨FITS文件的主扩展只有头文件,其数据矩阵为空。

在主扩展的头文件中把关键字分为七组,它们分别是:强制关键字、文件信息关键字、望远镜参数关键字、观测参数关键字、光谱仪参数关键字、天气情况关键字和数据处理关键字,下面将分组详细介绍。

1、强制关键字

每个.fits头文件中必须写入强制关键字,并且需要以固定格式填写其中每个关键字的取值。

SIMPLE  =                    T /Primary Header created by MWRFITS v1.11b
BITPIX  =                   16 /
NAXIS   =                    0 /
EXTEND  =                    T /Extensions may be present 

SIMPLE --- 所有.fits文件基本头文件中的第一个关键字。该关键字是一个逻辑常数,如果满足.fits文件标准,则该关键字为“T”,否则为“F”。这个关键字在基本头文件中是强制必须写入的,其它扩展的头文件中不必强制写入。

BITPIX --- 整数,是.fits文件中表示一个数据所需的二进制位数。如果该关键字为“-32”,说明.fits文件中的数据是IEEE标准的单精度浮点型数。

NAXIS --- 非负整数,最大值不能超过999。它代表数据矩阵中的数据维数,如果取值为0表示.fits文件中没有数据。

EXTEND --- 布尔量,显示.fits文件基本头数据单元后是否有扩展单元,只出现在基本头文件中。如果该关键字取值为“T”,表示基本头数据单元后可以有扩展单元。这是一个建议型关键字,如果它的值为“T”并不一定要求基本头数据单元后有扩展单元,同样头文件中没有这个关键字也不意味着一定不能有扩展单元。

2、文件信息关键字

FILENAME= 'med-58025-HIP507401_sp02-017.fits' /
OBSID   =            588902017 / Unique number ID of this spectrum
AUTHOR  = 'LAMOST Pipeline'    / Who compiled the information
DATA_V  = 'LAMOST DR7'         / Data release version
N_EXTEN =                   21 / The extension number
EXTNAME = 'Information'        / The extension name
ORIGIN  = 'NAOC-LAMOST'        / Organization responsible for creating this file
DATE    = '2019-01-29T09:19:01' / Time when this HDU is created (UTC)

FILENAME --- 字符串,给出了.fits文件的名称。以“med-58025-HIP507401_sp02-017.fits”为例,“58025”代表本地修正儒略日,“HIP507401”是天区编号,“sp02”是光谱仪编号,“017”是光纤编号。

OBSID --- 整数,给出了光谱编号。

AUTHOR --- 字符型常数“LAMOST Pipline”,表示fits文件的软件名称。

DATA_V --- 字符型常数,给出了数据发布的版本号。

N_EXTEN --- 整数,给出了一个.fits文件扩展的数目。

EXTNAME --- 字符串,用于区别同一个FITS文件相同类型的不同扩展。

ORIGIN --- 字符型常数“NAOC-LAMOST”,给出了为这个.fits文件负责的组织和机构,“NAOC”是中科院国家天文台简称。

DATE --- 字符串,给出了.fits文件创建的国际标准时。

3、望远镜参数关键字

TELESCOP= 'LAMOST  '           / GuoShouJing Telescope
LONGITUD=               117.58 / [deg] Longitude of site
LATITUDE=                40.39 / [deg] Latitude of site
FOCUS   =                19964 / [mm] Telescope focus
CAMPRO  = 'NEWCAM  '           / Camera program name
CAMVER  = 'v2.0    '           / Camera program version

TELESCOP --- 字符型常数“LAMOST”,给出了望远镜的名称。

LONGITUD --- 浮点型常数,提供了LAMOST所在兴隆观测站的经度。

LATITUDE --- 浮点型常数,提供了LAMOST所在兴隆观测站的纬度

FOCUS --- 提供了郭守敬望远镜的焦距,单位是毫米。

CAMPRO --- 字符型常数“NEWCAM”,给出了LAMOST照相机的名称。

CAMVER --- 字符串,给出了LAMOST相机程序的版本号。

4、观测参数关键字

DATE-OBS= '2019-06-14T14:30:00' / The observation median UTC
DATE-BEG= '2019-06-14T21:57:21.0' / The observation start local time
DATE-END= '2019-06-14T23:04:11.0' / The observation end local time
LMJD    =                58649 / Local Modified Julian Day
MJD     =                58648 / Modified Julian Day
PLANID  = 'NT151601S045352M01' / Plan ID in use
RA      =           228.317190 / [deg] Right ascension of object
DEC     =            -2.547046 / [deg] Declination of object
RA_OBS  =           228.317190 / [deg] Right ascension during observing
DEC_OBS =            -2.547046 / [deg] Declination during observing
OFFSET  =                    F / Whether there's a offset during observing
OFFSET_V=                 0.00 / Offset value in arcsecond
GL      =           357.613785 / [deg] Galactic longitude of object
GB      =            44.745167 / [deg] Galactic latitude of object
DESIG   = 'LAMOST J151316.12-023249.3' / Designation of LAMOST target
FIBERID =                  250 / Fiber ID of Object
CELL_ID = 'H0402   '           / Fiber Unit ID on the focal plane
X_VALUE =              302.774 / [mm] X coordinate of object on the focal plane
Y_VALUE =             -795.412 / [mm] Y coordinate of object on the focal plane
OBJNAME = '4415008268964783360' / Name of object
OBJTYPE = 'Star    '           / Object type from input catalog
TSOURCE = 'MRS_NT_M'           / Name of input catalog
TCOMMENT= '        '           / Target information
TFROM   = '        '           / Target catalog
FIBERTYP= 'Obj     '           / Fiber type of object
FIBERMAS=                    0 / Bitmask of warning values, 0 means all is well
MAGTYPE = 'g       '           / Magnitude type of object
MAG1    =                13.77 / [mag] Mag1 of object
MAG2    =                99.00 / [mag] Mag2 of object
MAG3    =                99.00 / [mag] Mag3 of object
MAG4    =                99.00 / [mag] Mag4 of object
MAG5    =                99.00 / [mag] Mag5 of object
MAG6    =                99.00 / [mag] Mag6 of object
MAG7    =                99.00 / [mag] Mag7 of object
OBS_TYPE= 'OBJ     '           / The type of target (OBJ, FLAT, ARC or BIAS)
OBSCOMM = 'Science '           / Science or Test
RADECSYS= 'FK5     '           / Equatorial coordinate system
EQUINOX =              2000.00 / Equinox in years
SKYLIST = 'skylines.dat'       / Sky emission line list
NEXP_B  =                    3 / Number of valid blue exposures
COMBIN_B=                    T / Whether the combined data of B band exists
NEXP_R  =                    3 / Number of valid red exposures
COMBIN_R=                    T / Whether the combined data of R band exists
SCAMEAN =                34.29 / [ADU] Mean level of scatter light

DATE-OBS --- 字符串,给出了多次曝光平均时刻的国际标准时。

DATE-BEG --- 字符串,给出了观测开始时刻的北京时间。

DATE-END --- 字符串,给出了观测结束时刻的北京时间。

LMJD --- 非负整数,给出了本地修正儒略日。

MJD --- 非负整数,给出了修正的儒略日。

PLANID --- 字符串,给出了观测目标的天区编号。

RA --- 非负实浮点型数,给出了输入星表中观测目标的赤经。

DEC --- 实浮点型数,给出了输入星表中观测目标的赤纬。

RA_OBS --- 非负实浮点数,给出了被观测源在实际观测中的赤经。

DEC_OBS --- 实浮点型数,给出了被观测源在实际观测中的赤纬。

OFFSET --- 布尔值,包括T和F。T表示观测过程中,光纤对准目标时进行了偏置。这种光纤偏置操作一般应用于非常亮的恒星(r < 11等),目的是为了避免亮源观测时CCD出现饱和。

OFFSET_V --- 实浮点数,给出了观测过程中光纤偏置的值,单位是角秒。

GL --- 实浮点数,给出了观测源的银经。

GB --- 实浮点数,给出了观测源的银纬。

DESIG --- 字符串,给出了LAMOST目标源的名称。与斯隆数字巡天目标源的名称类似,“J”字符后面“+”字符前面的数字是以“时分秒”为单位的赤经,“+”字符后面是以“度分秒”为单位的赤纬。

FIBERID --- 取值范围在1到250之间的非负整数,给出了光纤编号,并且应该与光谱仪编号同时使用。

CELL_ID --- 字符串,给出了焦面上光纤单元的编号。LAMSOT焦面划分为四个象限,分别命名为“EFGH”,这个关键字第一个字符代表了象限,第一个字符后前两个数字代表该光纤在这个象限里所处的行数,后两个数字代表光纤所在的列数。

X_VALUEY_VALUE --- 实浮点型数,给出了焦面上观测目标的X和Y坐标。

OBJNAME --- 字符串,给出了观测目标的编号,该编号是由目标的赤经、赤纬和HTM方法计算得到。

OBJTYPE --- 字符串,给出了输入星表中观测目标的类型。

TSOURCE --- 字符串,给出了提交输入星表的组织或者个人。

TCOMMENT --- 字符串,给出了输入星表中目标源在原来星表中的编号。比如,在SDSS星表中的编号等。

TFROM --- 字符串,给出了输入星表的名字。

FIBERTYP --- 字符串,给出了分配给各观测目标的光纤类型。该关键字有六种取值,分别是:“Obj”、“Sky”、“F-std”、“Unused”、“PosErr”和“Dead”。其中,“Obj”表示光纤分配给观测源,包括恒星和星系等。“Sky”表示光纤用于拍天光,“F-std”表示光纤用于拍流量标准星,“Unused”、“PosErr”和“Dead”分别表示光纤没有被使用、光纤走位错误和光纤无法工作。 FIBERMAS:整数,表示光纤存在的问题。如果想检查光纤存在的问题,首先需要把十进制的“FIBERMAS”转换成九位二进制数,如果某一位的值为1,则代表光纤存在相应的问题。下表给出了九位二进制数各位所代表的光纤问题。

表1:光纤问题

位数 问题 注释
1 NOALLOTTED 没有被分配的光纤
2 BADTRACE “TRACECENTER”程序追迹结果错误的光纤
3 BADFLAT 流量过低的光纤
4 BADARC 波长定标异常的光纤
5 MANYBADPIXEL 超过10%坏像素的光纤
6 SATURATED 超过10%饱和像素的光纤
7 WHOPPER 比相邻光纤流量大15倍以上的光纤(流量巨大光纤)
8 NEARWHOPPER 毗邻流量巨大光纤的光纤
9 Near a whopping fiber 天光残差极大的光纤

MAGTYPE --- 字符串,给出了观测目标的星等类型。

MAG1MAG2MAG3MAG4MAG5MAG6MAG7 --- 取值在0到100之间的实浮点数,给出了与关键字“MAGTYPE”确定的星等类型相对应的星等。例如,如果“MAGTYPE”关键字的取值是“ugrizjh”,则“MAG1”、 “MAG2”、“MAG3”、“MAG4”、 “MAG5”、“MAG6” 和“MAG7”分别给出u、g、r、i、z、j和h七个波段的星等。

OBS_TYPE --- 字符串,给出了观测目标的类型,包括:目标源、平场、灯谱和偏置。

OBSCOMM --- 字符串,给出了观测目的,包括:用于科研的观测和用于测试的观测。

RADECSYS --- 字符串,给出了基于J2000标准的观测源的赤道坐标。

EQUINOX --- 实浮点型数,给出了当前使用的标准历元。

SKYLIST --- 字符串,给出了天光发射线列表的文件名,在减天光过程中需要用到该列表。

NEXP_BNEXP_R --- 两个非负整数,分别给出了蓝端和红端CCD曝光次数。

COMBIN_BCOMBIN_R --- 两个布尔量,分别表示蓝端和红端的合并光谱是否存在。

SCAMEAN --- 实浮点型数,给出了杂散光的平均水平,它是二维光谱图像左边和右边边缘没有光纤的位置处流量的平均值。

5、光谱仪参数关键字

SPID    =                   16 / Spectrograph ID
SPRA    =          227.9234390 / [deg] Average RA of this spectrograph
SPDEC   =           -3.1185355 / [deg] Average DEC of this spectrograph
SLIT_MOD= 'x2/3    '           / Slit mode, x1, x2/3 or x1/2

SPID --- 1到16之间取值的非负整数,给出了观测目标所在光谱仪的编号。

SPRASPDEC --- 两个实浮点型数,给出了每个光谱仪所有目标源平均的赤经和赤纬。

SLIT_MOD --- 字符串,给出了LAMOST的狭缝模式为“x2/3”,对应于蓝端5163 $\unicode{x212B}$ 和红端6593 $\unicode{x212B}$ 处的分辨率为7500。

6、天气情况关键字

SEEING  =                 5.51 / [arcsec] Seeing during exposure
MOONPHA =                13.42 / [day] Moon phase for a 29.53 days period
TEMP_AIR=                19.74 / [deg] Temperature outside dome
TEMP_FP =                 0.00 / [degree celsius] Temprature of the focalplane
DEWPOINT=                 8.76 / [deg]
DUST    = '        '           / Reservation
HUMIDITY=                49.12 /
WINDD   =               129.81 / [deg] Wind direction
WINDS   =                 1.17 / [m/s] Wind speed
SKYLEVEL= '        '           / Reservation

SEEING --- 实浮点型数,给出了曝光期间的视宁度,由观测助手通过测量导星图像的半高全宽得到。

MOONPHA --- 实浮点型数,给出了月相的值。

TEMP_AIR --- 实浮点型数,给出了圆顶外面的温度,单位是摄氏度,由自动天气参数测量仪器获得。

TEMP_FP --- 实浮点型数,给出了焦面温度,单位是摄氏度, 由自动天气参数测量仪器获得

DEWPOINT --- 实浮点型数,给出了露点温度,单位是摄氏度,由自动天气参数测量仪器获得。

DUST --- 这个关键字目前暂时是空的,因为尘埃测量仪正在调试中,当测量仪的问题都解决后我们将把这个参数写入.fits头文件中。

HUMIDITY --- 0到1之间的实浮点型数,给出了空气中的湿度。

WINDD --- 实浮点型数,记录了曝光开始时刻瞬时风向,正北是0度风向的方向。

WINDS --- 实浮点型数,记录了曝光开始时刻瞬时风速。风向和风速都是由自动天气测量仪器得到的。

SKYLEVEL --- 这个关键字现在是空值,测量仪器尚在调试中。

7、数据处理参数关键字

EXTRACT = 'aperture'           / Extraction method
SFLATTEN=                    T / Super flat has been applied
PCASKYSB=                    T / PCA sky-subtraction has been applied
NSKIES  =                   31 / Sky fiber number
SKYCHI2 =                  7.1 / Mean chi^2 of sky-subtraction
HELIO   =                    T / Heliocentric correction
HELIO_RV=             16.82371 / [km/s] Heliocentric correction
VACUUM  =                    T / Wavelengths are in vacuum

EXTRACT --- 字符串,记录了二维图像的抽谱方法。二维图像抽谱方法有很多种,LAMOST只使用了孔径抽谱法。

SFLATTEN --- 布尔量,代表是否使用光纤平场。LAMOST光谱处理程序中,光纤平场用于把光纤之间的相对效率改为1。

PCASKYSB ---逻辑变量,代表是否使用主成分分析(PCA)方法减天光。LAMOST光谱处理程序中,对波长大于7200 $\unicode{x212B}$的光谱区域使用了主成分分析方法减天光。

NSKIES --- 整数,给出了一个光谱仪中天光光纤的数目。

SKYCHI2 --- 实浮点型数,给出了减天光过程中的平均卡方值。LAMOST光谱处理过程中,可以通过样条插值m个天光光谱得到超级天光。据此可以求出每次曝光中各天光光谱与超级天光之间的卡方值和m个天光光谱的平均卡方值。假设一共有n次曝光,由于蓝端和红端各有n个天光光谱,因此将有2n个卡方均值,这个关键字给出的就是这2n个卡方均值的平均值。

HELIO --- 布尔量,表示是否做了日地改正。如果为“1”表示做过日地改正。

HELIO_RV --- 实浮点数,给出了用于日地改正的视向速度改正值。

VACUUM --- 布尔量,代表了LAMOST光谱的波长是否改正为真空波长。

四、扩展1和2

如果某个观测源具有蓝端和红端合并光谱,扩展1和2将分别提供两个合并光谱的基本信息,否则这两个扩展将没有数据矩阵,结构与主扩展一样。

这一节将介绍扩展1和2头文件中的每个关键字和数据矩阵结构。

1、关键字

本节将介绍扩展1和2头文件中的每个关键字。

XTENSION= 'BINTABLE'           /Binary table written by MWRFITS v1.11b
BITPIX  =                    8 /Required value
NAXIS   =                    2 /Required value
NAXIS1  =                   16 /Number of bytes per row
NAXIS2  =                 4150 /Number of rows
PCOUNT  =                    0 /Normally 0 (no varying arrays)
GCOUNT  =                    1 /Required value
TFIELDS =                    5 /Number of columns in table
EXTNAME = 'COADD_B '           / The extension name
LMJMLIST= '84454437-84454460-84454484' / Local Modified Julian Minute list
DATE-OBS= '2019-06-14T14:30:00' / The observation median UTC
DATE-BEG= '2019-06-14T21:57:21.0' / The observation start local time
DATE-END= '2019-06-14T23:04:11.0' / The observation end local time
LAMPLIST= 'lampthar.dat'       / Arc lamp emission line list
SNR     =                 4.06 / Signal to noise ratio
TTYPE1  = 'FLUX    '           /
TTYPE2  = 'IVAR    '           /
TTYPE3  = 'LOGLAM  '           /
TTYPE4  = 'ANDMASK '           /
TTYPE5  = 'ORMASK  '           /
TFORM1  = 'E       '           /
TFORM2  = 'E       '           /
TFORM3  = 'E       '           /
TFORM4  = 'I       '           /
TFORM5  = 'I       '           /

XTENSION --- 字符串,给出了扩展的类型。该关键字是自动写入的,不需要出现在主扩展头文件中。

BITPIX --- 整数,给出了表示一个数据的二进制数的位数。

NAXIS --- 非负不大于999的整数,代表数据矩阵的维数。如果该关键字的取值为0,则意味着数据矩阵为空。

NAXIS1NAXIS2 --- 两个非负整数,代表了数据矩阵第n维中元素的个数。“NAXIS1”代表每一行的字节数,“NAXIS2”则代表数据矩阵的行数。

PCOUNT --- 整数,被用于定义数据结构。在图像和表类型的扩展中,这个关键字的取值为0,在“BINTABLE”类型扩展中,该关键字用于确定称为堆的补充数据区域中主要数据表格后面的字节数。

GCOUNT --- 整数,用于定义数据结构。在“IMAGE”、“TABLE”和“BINTABLE”标准扩展中,该关键字都被设置为1。

TFIELDS --- 非负整数,用于表示该扩展数据矩阵中每行的列数,最大允许取值为999。

EXTNAME --- 字符串,给出了各个扩展的名字,用以区别一个FITS文件中相同类型的扩展。在这种情况下,主数据矩阵应该被认为等同于一个“IMAGE”扩展。

LMJMLIS0-(n-1) --- 字符串,用来给出n次曝光本地改正儒略分列表。对于每一个“LMJMLISi”(i = 0,2,…n-1),最多包括三次曝光的本地改正儒略分。如果曝光总次数N大于3,则n = floor(N / 3) + 1,其中floor表示向下取整。当N小于3的时候,就只有“LMJMLIS0”关键字,此时该字段将改名为“LMJMLIST”。

DATE-OBS --- 字符串,给出了多次曝光平均时刻的国际标准时。

DATE-BEG --- 字符串,给出了观测开始时刻的北京时间。

DATE-END --- 字符串,给出了观测结束时刻的北京时间。

LAMPLIST --- 字符串,给出了波长定标灯发射线线表文件名,该文件在波长定标过程中被用到。

SNR --- 实浮点数,给出了所有像素的平均信噪比。每个像素的信噪比用公式“流量 *(倒方差)^ 0.5”计算。

TTYPE1-n --- 字符串,给出了该扩展数据矩阵第i(i = 1,2,3,…n)列存储的数据内容。

TFORM1-n --- 字符串,用来描述该扩展数据矩阵第i (i = 1,2,3,…n)列的编码格式。

2、数据矩阵

扩展1和2的数据矩阵是一个5行‘NAXIS1’列的矩阵,‘NAXIS1’关键字在前面介绍过。表2给出了数据矩阵各行存储的内容和数据类型。

表2:扩展1和2的数据矩阵

行数 数据 类型
5 或标志位 浮点型
4 与标志位 浮点型
3 波长 浮点型
2 倒方差 浮点型
1 流量 浮点型

第一行是光谱流量,第二行是误差的倒方差(1 /(误差 ^ 2)),倒方差可以用来计算每个像素的信噪比(流量 *(倒方差)^ 0.5),第三行是对数波长。第四行是“与标记位”,它是一个由表3所示的六位二进制数确定的十进制整数,六位二进制数每一位的含义在表4中给出。如果每次曝光某种情况总是发生,则六位二进制数相应的位设置为1。数据矩阵的第五行存储的是“或标志位”,它也是由表3示意的六位二进制数确定的十进制整数,和“与标记位”不同,如果某种情况至少在某一次曝光中发生,则“或标记位”中相应的位设置为1。

表3:“或标志位”和“与标志位”的六个二进制位的编号

6 5 4 3 2 1

表4:“或标志位”和“与标志位”六个二进制位的含义

二进制位的编号 关键字 说明
1 BADCCD CCD上的坏像素
2 BADPROFILE 抽谱过程中的坏轮廓
3 NOSKY 该波长处没有天光信息
4 BRIGHTSKY 该波长处没有天光信息
5 BADCENTER 光纤轨迹超过CCD图像边界
6 NODATA 没有好数据

如果用户想检查一条光谱发生了表4所列的哪种情况,可以首先把十进制的“与标记位”和“或标记位”转换为六位二进制数。如果二进制“与标记位”中某一位是1,则说明该波长处每次曝光肯定发生了表4中与这一二进制位对应的情况。同理,如果二进制“或标记位”中某一位是1,则说明该波长处至少有一次曝光发生了表4中与这一二进制位对应的情况。

五、扩展3到(N-1)

这一节将介绍单次曝光扩展,标题中的数字N表示扩展总数(能够从主扩展头文件的“N_EXTEN”字段得到)。假设观测源有n个蓝端和n个红端单次曝光光谱,则中分辨FITS文件的扩展总数为:N = 2n+3.

下面将介绍单次曝光扩展头文件中的每个关键字和数据矩阵的结构。

1、关键字

这一节,首先介绍扩展3 –(N-1)光谱数据头文件中的关键字。下面列出了各个关键字,将在后面做详细的解释。

XTENSION= 'BINTABLE'           /Binary table written by MWRFITS v1.11b
BITPIX  =                    8 /Required value
NAXIS   =                    2 /Required value
NAXIS1  =                   14 /Number of bytes per row
NAXIS2  =                 4136 /Number of rows
PCOUNT  =                    0 /Normally 0 (no varying arrays)
GCOUNT  =                    1 /Required value
TFIELDS =                    4 /Number of columns in table
EXTNAME = 'R-84454460'         / The extension name
DATE-OBS= '2019-06-14T14:30:00' / The observation median UTC
DATE-BEG= '2019-06-14T22:20:50.0' / The observation start local time
DATE-END= '2019-06-14T22:40:50.0' / The observation end local time
LMJM    = '84454460'           / Local Modified Julian Minute
EXPTIME =                 1200 / [s] Exposure duration time
SNR     =                 4.16 / Signal to noise ratio
LAMPLIST= 'lampthar.dat'       / Arc lamp emission line list
TTYPE1  = 'FLUX    '           /
TTYPE2  = 'IVAR    '           /
TTYPE3  = 'LOGLAM  '           /
TTYPE4  = 'PIXMASK '           /
TFORM1  = 'E       '           /
TFORM2  = 'E       '           /
TFORM3  = 'E       '           /
TFORM4  = 'I       '           /

XTENSION --- 字符串,给出了该扩展的类型。该关键字是自动写入的,不需要出现在主扩展头文件中。

BITPIX --- 整数,给出了表示一个数据的二进制数的位数。

NAXIS --- 非负不大于999的整数,代表了数据矩阵的维数。如果该关键字的取值为0,则意味着数据矩阵为空。

NAXIS1NAXIS2 --- 非负不大于999的整数,代表了数据矩阵的维数。如果该关键字的取值为0,则意味着数据矩阵为空。

PCOUNT --- 整数,被用于定义数据结构。在图像和表类型的扩展中,这个关键字的取值为0,在“BINTABLE”类型扩展中,该关键字用于确定称为堆的补充数据区域中主要数据表格后面的字节数。

GCOUNT --- 整数,用于定义数据结构。在“IMAGE”、“TABLE”和“BINTABLE”标准扩展中,该关键字都被设置为1。

TFIELDS --- 非负整数,用于表示该扩展数据矩阵中每行的列数,最大允许取值为999。

EXTNAME --- 字符串,给出了各个扩展的名字,用以区别一个FITS文件中相同类型的扩展。在这种情况下,主数据矩阵应该被认为等同于一个“IMAGE”扩展。

DATE-OBS --- 字符串,给出了多次曝光平均时刻的国际标准时。

DATE-BEG --- 字符串,给出了观测开始时刻的北京时间。

DATE-END --- 字符串,给出了观测结束时刻的北京时间。

LMJM --- 字符串,给出了曝光开始时刻本地改正儒略分。

EXPTIME --- 实浮点数,用来给出曝光时间。

SNR --- 实浮点数,给出了所有像素的平均信噪比。每个像素的信噪比用公式“流量*(倒方差)^ 0.5”计算。

LAMPLIST --- 字符串,给出了波长定标灯发射线线表文件名,该文件在波长定标过程中被用到。

TTYPE1-n --- 字符串,给出了该扩展数据矩阵第i (i = 1,2,3,…n)列存储的数据内容。

TFORM1-n --- 字符串,用来描述该扩展数据矩阵第i (i = 1,2,3,…n)列的编码格式。

2、数据矩阵

单次曝光光谱的数据矩阵共四行,每行存储的内容见表5。与扩展1和2数据矩阵前三行相同,扩展3 - (N-1)数据矩阵前三行分别是流量、到方差和对数波长。与扩展1和2数据矩阵不同的是,扩展3 - (N-1)数据矩阵只有四行,并且第四行存储的是“像素标记位”。与前面的“与标记位”和“或标记位”相同,“像素标记位”也是一个由六位二进制数确定的十进制整数,并且它的每一位代表了上面表4中列的相应问题。当六位二进制数的某一位为1时,说明该像素在此次曝光中出现了相应的问题。

表5: 数据矩阵

行数 数据 类型
4 像素标记位 浮点型
3 波长 浮点型
2 倒方差 浮点型
1 流量 浮点型

第三章 星表

本节将介绍此次发布的四个LAMOST中分辨星表,用户可以从http://dr7.lamost.org/catalogue 网站上下载它们。这四个星表分别是:LAMOST中分辨总星表、 LAMSOT中分辨率参数星表、 LAMOST中分辨观测天区星表以及LAMOST中分辨输入星表。LAMOST中分辨总星表为所有单次曝光光谱和合并光谱发布了31个基本参数、6个视向速度、6个视向速度误差和1个视向速度标记。除了31个基本参数和视向速度,LAMSOT中分辨率参数星表为所有合并光谱提供了大气参数(有效温度、表面重力和金属丰度),投影转动速度和元素丰度。LAMOST中分辨输入星表为观测计划中的每个观测目标提供了24个基本参数和3个其它表中没有的参数。此外,LAMOST中分辨观测天区星表为中分辨巡天每个观测天区提供了9个基本参数。

表6、7、8和9分别给出了四个中分辨星表中的所有字段,并且给出了详细的解释。这些星表中大多数字段已经在第二章介绍过,下面只介绍前面章节没有解释过的字段。

一、LAMOST中分辨总星表

本节将介绍LAMOST中分辨总星表,该表为11,422,346条单次曝光光谱以及2,968,667条合并光谱发布了44个参数。表6列出了这个表中所有字段,它们中大多数已经在第二章介绍过,这里只介绍以前没有解释过的字段。

为了避免一部分亮源在观测中出现CCD饱和的情况,在观测这类源时人为进行了光纤偏置。因此,该表和其它两个表(LAMOST中分辨参数星表以及LAMOST中分辨输入星表)均新增了四个字段,它们分别是“ra_obs”、“dec_obs”、“offset”和“offset_v”。“ra_obs”和“dec_obs”是观测过程中光纤实际指向的赤经和赤纬,“ra”和“dec”是输入星表中提供的赤经和赤纬。“offset”表示在观测过程中是否存在光纤偏置,“offset_v”则给出了相对于输入星表赤经赤纬偏置了多少角秒。

该表中提供了6个视向速度测量值及其误差,它们分别是:“rv_71el0”、“rv_71el1”、“rv_ku0”、 “rv_ku1”、“rv_el0”、“rv_el1”、“rv_71el0_err”、“rv_71el1_err”、“rv_ku0_err”、“rv_ku1_err”、 “rv_el0_err”和“rv_el1_err”。其中,“rv_71el0”和“rv_ku0”都是使用交叉相关方法得到的,不同的是两种方法采用的模板光谱不同。“rv_71el0”采用了71个人工挑选的ELODIE实测光谱作为模板光谱,而“rv_ku0”则采用483个挑选出来的KURUCZ理论光谱作为模板光谱。视向速度误差主要受两方面因素影响,即信噪比和最佳匹配时模板光谱与待测光谱之间的卡方值。为了估计误差,首先使用具有重复观测且扣除了变源的恒星样本估计每次测量的精度及其与信噪比之间的关系。其次,使用另外一批恒星样本得到最佳匹配时卡方值与信噪比的函数关系。最后,使用最佳匹配卡方值、信噪比以及前两个函数关系估计了“rv_71el0”和“rv_ku0”的误差$^{[2]}$。与低分辨巡天的“A, F, G 和K 型星星表”中的“rv”和“rv_err”一样,该表中的“rv_el0”是由LAMOST恒星参数计算软件(LASP)给出的,误差“rv_el0_err”则是由重复观测的视向速度精度与信噪比之间的关系给出。另外三个视向速度“rv_71el1”、 “rv_ku1”和“rv_el1”是使用视向速度标准星$^{[3]}$对“rv_71el0”、 “rv_ku0”和“rv_el0”改正过系统差后的视向速度。需要注意的是:“rv_71el1”、“rv_ku1”和“rv_el1”只是改正了光谱仪之间的系统差,并没有改正不同次曝光以及不同光纤之间的系统差,具体改正方法可以参考王瑞等人2019年的文章$^{[4]}$。“rv_71el1_err”、 “rv_ku1_err”和“rv_el1_err”是“rv_71el1”、“rv_ku1”和“rv_el1”的误差,它们是使用误差传递方法得到的。除了视向速度和误差外,这个表还提供了一个视向速度标记字段“rv_quality”,它是用来表示视向速度“rv_71el0”和“rv_ku0”之间的差异(Δrv = |rv_71el0 - rv_ku0|)。这个字段有6个取值,分别是-1、0、1、2、3和4。“-1”表示“rv_71el0”和“rv_ku0”之间至少有一个是-9999,其它的值则分别表示“rv_71el0”和“rv_ku0”差的绝对值Δrv在下面五个不同的范围:[0 km/s, 2 km/s)、[2 km/s, 5 km/s)、 [5 km/s, 10 km/s)、[10 km/s, 50 km/s)和 [50 km/s, +$\infty$)。

该表中还提供了另外两个前面没有解释过的参数。一个是“band”,它的取值是B和R,分别代表蓝端和红端光谱。另一个是“coadd”,它有两个取值0和1, “1”表示该光谱为合并谱,“0”表示非合并光谱。 http://dr7.lamost.org/catalogue 提供了两种格式的LAMOST中分辨总星表,一种是.fits格式,另一种是.csv格式,它们的内容相同。

表6:LAMOST中分辨总星表

字段(单位) 数据类型 说明
obsid 长整型 独一无二的光谱编号
designation 变长字符型 目标名称
obsdate 字符型 观测日期
lmjd 字符型 本地修正儒略日
mjd 字符型 修正的儒略日
planid 字符型 天区号
spid 整型 光谱仪号
fiberid 整型 光纤号
lmjm 字符型 本地修正儒略分
band 字符型 有两个取值,B表示蓝端光谱,R表示红端光谱
ra_obs (degree) 浮点型 观测过程中光纤实际指向的赤经
dec_obs (degree) 浮点型 观测过程中光纤实际指向的赤纬
snr 浮点型 红端或者蓝端光谱中每个像素信噪比的中值
objtype 变长字符型 目标类型
magtype 变长字符型 目标星等类型
mag1 (mag) 浮点型 星等1
mag2 (mag) 浮点型 星等2
mag3 (mag) 浮点型 星等3
mag4 (mag) 浮点型 星等4
mag5 (mag) 浮点型 星等5
mag6 (mag) 浮点型 星等6
mag7 (mag) 浮点型 星等7
tsource 变长字符型 提交输入星表的组织或个人
fibertype 变长字符型 光纤类型:目标光纤、天光光纤、流量标准星光纤、未使用光纤、走位错误光纤和死光纤
tfrom 变长字符型 组织或个人提交的星表
tcomment 浮点型 目标在其它星表比如SDSS或者UCAC4中的编号
offset 布尔型 观测过程中光纤是否偏置
offset_v (arcsec) 浮点型 如果光纤偏置,光纤实际指向的位置偏离输入星表多少角秒
ra (degree) 浮点型 赤经
dec (degree) 浮点型 赤纬
rv_71el0 (km/s) 浮点型 使用71个人工挑选的ELODIE实测光谱计算的视向速度
rv_71el0_err (km/s) 浮点型 rv_71el0的误差
rv_71el1 (km/s) 浮点型 对rv_71el0定标后的视向速度
rv_71el1_err (km/s) 浮点型 rv_71el1的误差
rv_ku0 (km/s) 浮点型 使用483个人工挑选的KURUCZ理论光谱计算的视向速度
rv_ku0_err (km/s) 浮点型 rv_ku0的误差
rv_ku1 (km/s) 浮点型 对rv_ku0定标后的视向速度
rv_ku1_err (km/s) 浮点型 rv_ku1的误差
rv_el0 (km/s) 布尔型 使用ELODIE实测光谱计算的视向速度
rv_el0_err (km/s) 浮点型 rv_el0的误差
rv_el1 (km/s) 浮点型 对rv_el0定标后的视向速度
rv_el1_err (km/s) 浮点型 rv_el1的误差
coadd 浮点型 是否为合并光谱
rv_quality 整型 视向速度rv_71el0 和rv_ku0之间差异的标记

二、LAMOST中分辨参数星表

本节将介绍中分辨率参数星表,该表共为807,319条蓝端合并光谱提供了参数,并且这些蓝端光谱的信噪比均大于10。

表7列出了该表中的所有字段,“teff”前面的字段已经在上一节中介绍过。“teff”、 “logg”和“feh” 分别是有效温度、表面重力和金属丰度,它们是由LAMOST恒星参数软件得 的。“teff_err”、“log_err和“feh_err”是大气参数“teff”、 “logg”和“feh”的误差,是由多次测量的精度与信噪比的关系得到的。“vsini_el”和“vsini_el_err”是投影转动速度及误差,“vsini_el”采用模板匹配方法得到,所使用的模板光谱是ELODIE实测光谱。“afe”和“afe_err”是alpha元素丰度及误差,“afe”是使用卷积神经网络(CNN)算法估计的,训练样本采用的是LAMOST与APOGEE-Payne星表$^{[5]}$同源的光谱,同时使用文章中推荐的“quality_flag = good”标准对训练样本进行了筛选。投影转动速度和alpha元素丰度的误差“vsini_el_err”和“afe_err”未发布,因此这两个参数目前为空。“c_fe”、 “n_fe”、“o_fe”、“mg_fe”、 “al_fe”、 “si_fe”、“s_fe”、“ca_fe”、“ti_fe”、 “cr_fe”、 “ni_fe”和“cu_fe” 是12个元素丰度,它们是使用深度学习方法测量得到的$^{[6]}$。

http://dr7.lamost.org/catalogue 网站提供了两种格式的中分辨率参数星表,一种是.fits格式,另一种是.csv格式,它们的内容相同。

表7:LAMOST中分辨参数星表

字段(单位) 数据类型 说明
obsid 长整型 独一无二的光谱编号
designation 变长字符型 目标名称
obsdate 字符型 观测日期
lmjd 字符型 本地修正儒略日
mjd 字符型 修正的儒略日
planid 字符型 天区号
spid 整型 光谱仪号
fiberid 整型 光纤号
lmjm 字符型 本地修正儒略分
band 字符型 有两个取值,B表示蓝端光谱,R表示红端光谱
ra_obs (degree) 浮点型 观测过程中光纤实际指向的赤经
dec_obs (degree) 浮点型 观测过程中光纤实际指向的赤纬
snr 浮点型 红端或者蓝端光谱中每个像素信噪比的中值
objtype 变长字符型 目标类型
magtype 变长字符型 目标星等类型
mag1 (mag) 浮点型 星等1
mag2 (mag) 浮点型 星等2
mag3 (mag) 浮点型 星等3
mag4 (mag) 浮点型 星等4
mag5 (mag) 浮点型 星等5
mag6 (mag) 浮点型 星等6
mag7 (mag) 浮点型 星等7
tsource 变长字符型 提交输入星表的组织或个人
fibertype 变长字符型 光纤类型:目标光纤、天光光纤、流量标准星光纤、未使用光纤、走位错误光纤和死光纤
tfrom 变长字符型 组织或个人提交的星表
tcomment 浮点型 目标在其它星表比如SDSS或者UCAC4中的编号
offset 布尔型 观测过程中光纤是否偏置
offset_v (arcsec) 浮点型 如果光纤偏置,光纤实际指向的位置偏离输入星表多少角秒
ra (degree) 浮点型 赤经
dec (degree) 浮点型 赤纬
teff (K) 浮点型 LASP给出的有效温度
teff_err (K) 浮点型 有效温度误差
logg (dex) 浮点型 LASP给出的表面重力
log_err (dex) 浮点型 表面重力误差
feh (dex) 浮点型 LASP给出的金属丰度
feh_err (dex) 浮点型 金属丰度误差
vsini_el 浮点型 投影转动速度
vsini_el_err 浮点型 投影转动速度误差
rv_el0 (km/s) 浮点型 使用ELODIE实测光谱计算的视向速度
rv_el0_err (km/s) 浮点型 rv_el0的误差
rv_el1 (km/s) 浮点型 对rv_el0定标后的视向速度
rv_el1_err (km/s) 浮点型 rv_el1的误差
rv_71el0 (km/s) 浮点型 使用71个人工挑选的ELODIE实测光谱计算的视向速度
rv_71el0_err (km/s) 浮点型 rv_71el0的误差
rv_71el1 (km/s) 浮点型 对rv_71el0定标后的视向速度
rv_71el1_err (km/s) 浮点型 rv_71el0的误差
rv_ku0 (km/s) 浮点型 使用483个人工挑选的KURUCZ理论光谱计算的视向速度
rv_ku0_err (km/s) 浮点型 rv_ku0的误差
rv_ku1 (km/s) 浮点型 对rv_ku0定标后的视向速度
rv_ku1_err (km/s) 浮点型 rv_ku1的误差
afe 浮点型 [α/Fe]
afe_err 浮点型 [α/Fe]的误差
coadd 布尔型 是否为合并光谱
c_fe float 元素丰度[C/Fe]
n_fe float 元素丰度[N/Fe]
o_fe float 元素丰度[O/Fe]
mg_fe float 元素丰度[Mg/Fe]
al_fe float 元素丰度[Al/Fe]
si_fe float 元素丰度[Si/Fe]
s_fe float 元素丰度[S/Fe]
ca_fe float 元素丰度[Ca/Fe]
ti_fe float 元素丰度[Ti/Fe]
cr_fe float 元素丰度[Cr/Fe]
ni_fe float 元素丰度[Ni/Fe]
cu_fe float 元素丰度[Cu/Fe]

三、LAMOST中分辨观测天区星表

本节将介绍LAMOST中分辨观测天区星表,该表与低分辨巡天的观测天区星表结构相同。除了其它星表中都有的“obsdate”和“planid”字段外,该表还为680个天区提供了七个基本参数,它们都列在表8中。“ra”和 “dec”是每个天区中央星的赤经和赤纬,“mag”是中央星的星等,“seeing”是第一次曝光圆顶的视宁度,“exptime”是n次曝光的总曝光时间。此外,“lmjmlist”给出了每个天区本地修正儒略分列表,各次曝光本地修正儒略分之间以逗号分隔。例如,一个天区的“lmjmlist”是“84108765,84108789,84108813”,意味着这个天区曝光了三次,每个逗号之前给出了各次曝光开始时刻的本地修正儒略分。最后,“pid”是各个天区在这个表中的编号。

http://dr7.lamost.org/catalogue 网站提供了.csv格式的LAMOST中分辨观测天区星表。

表8:LAMOST中分辨观测天区星表

字段(单位) 数据类型 说明
pid 整型 该表中的编号
obsdate 浮点型 观测日期
planid 字符型 天区号
ra (degree) 浮点型 中央星赤经
dec (degree) 浮点型 中央星赤纬
mag (mag) 浮点型 中央星星等
seeing 浮点型 第一次曝光的圆顶视宁度
exptime (second) 浮点型 n次曝光的总曝光时间
lmjmlist 整型 每个天区本地修正儒略分列表

四、LAMOST中分辨输入星表

本节将介绍LAMOST中分辨输入星表,它为1,652,727个观测对象提供了27个参数。这个星表中有3个参数没有在其它三个星表中出现,它们分别是“unitid”、“epoch”和“tname”。 “unitid”是4000个光纤单元的编号,“epoch”是“J2000”,“tname”为这个表中每个目标提供了独一无二的编号。

http://dr7.lamost.org/catalogue 网站提供了.txt格式的LAMOST中分辨输入星表。

表9:LAMOST中分辨输入星表

字段(单位) 数据类型 说明
obsid 长整型 独一无二的光谱编号
obsdate 字符型 观测日期
planid 字符型 天区号
spid 整型 光谱仪号
fiberid 整型 光纤号
unitid 字符型 4000个光纤单元的编号
ra_obs (degree) 浮点型 实际观测时光纤指向的赤经
dec_obs (degree) 浮点型 实际观测时光纤指向的赤纬
objtype 变长字符型 目标类型
magtype 变长字符型 目标星等类型
mag1 (mag) 浮点型 星等1
mag2 (mag) 浮点型 星等2
mag3 (mag) 浮点型 星等3
mag4 (mag) 浮点型 星等4
mag5 (mag) 浮点型 星等5
mag6 (mag) 浮点型 星等6
mag7 (mag) 浮点型 星等7
tsource 变长字符型 提交输入星表的组织或个人
fibertype 变长字符型 光纤类型:目标光纤、天光光纤、流量标准星光纤、未使用光纤、走位错误光纤和死光纤
tfrom 变长字符型 个人或者组织提交的输入星表
tcomment 变长字符型 目标在其它星表比如SDSS或者UCAC4中的编号
offset 布尔型 观测过程中光纤是否偏置
offset_v (arcsec) 浮点型 如果光纤偏置,光纤实际指向的位置偏离输入星表多少角秒
ra (degree) 浮点型 输入星表中的赤经
dec (degree) 浮点型 输入星表中的赤纬
epoch 字符型 J2000
tname 字符型 每个目标在该表中独一无二的编号

参考文献

[1] Liu, C., Fu,J.N., Shi, J.R., et al. LAMOST Medium-Resolution Spectroscopic Survey (LAMOST-MRS): Scientific goals and survey plan. In prepare.

[2] Du, B., Luo, A.L., Chen, J.J., et al. The Radial Velocity Pipeline of LAMOST-II Medium-Resolution Spectroscopic Survey. Submitted to RAA

[3] Huang, Y., Liu, X.W., Chen, B.Q., et al. A New Catalog of Radial Velocity Standard Stars from the APOGEE Data. AJ, 2018, 156, 90.

[4] Wang, R., Luo, A.L., Chen, J.J., et al. Properties of Radial Velocities measurement based on LAMOST-II Medium-Resolution Spectroscopic Observations. ApJS, 2019, 244, 27

[5] YUAN-SEN TING, CHARLIE CONROY, HANS-WALTER RIX et al. THE PAYNE: SELF-CONSISTENT AB INITIO FITTING OF STELLAR SPECTRA. ApJ, 2019, 879, 69.

[6] Wang, R., Luo, A.L., Chen, J.J., et al. SPCANet: Stellar Parameters and Chemical Abundances Network for LAMOST-II Medium Resolution Survey. ApJ, 2020, 891, 23