天文 / 多波段大作业踩坑指南

大嘴997

去年我在这里介绍过一些雁栖湖的天文课程
因为觉得多波段天文观测与数据处理这门课内容很丰富，对于不太熟悉天文数据处理的同学作业确实有难度，所以给出一些踩坑经验，只是提示，当然不会直接给出具体的做法。(而且每年的题目也有变化，仅供参考，错了不管~



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这里是ucas课程大纲：多波段课程大纲， 更多的内容老师会放到sep的课程网站上
这里的资料也有一些：China-VO Lesson
0. 虚拟机的使用

第一次课老师会教大家开通NADC的虚拟机，里面是装好了各种软件的虚拟机模板，机房在国科大图书馆，所以夏天空调一坏，机房会热死(bj的暑期真的炒热)，就得强制关机。。。(老师们熬夜加班，维护虚拟机，出故障了还要恢复数据，真的我哭死



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虚拟机的使用跟服务器类似，也可以使用图形界面。
虚拟机预装软件

• 实测天体物理与数据分析： Python/Anaconda
  

(下面开始插入自家广告)
Python是天文统计学也会讲的。Anaconda是yyds。关于简单的python入门，一些学习资料在这篇文章。

• 光学红外数据获取与处理： DS9、IRAF
  

DS9是光学常用的看图软件，据说其名字源于星际迷航Star Trek: Deep Space 9。IRAF则是测光必备。

• 高能数据获取及处理： HEASOFT
  

高能的Xspec，我不太熟

• 射电数据处理： Anaconda、CASA、Presto
  

CASA我写过其安装和功能简介
CARTA则是R2推荐的射电专用看图软件，这里不是必备但是很好用(好看)
Presto是脉冲星和FRB的同学们更熟悉的，我就不瞎写了。

• 太阳数据获取与处理： SSW/IDL, Jhelioview
  

Jhelioview似乎因为虚拟机显卡的问题不能用，有些包不支持..(ˇˇ)…，需要同学们自行安装到自己的电脑上。SSW/IDL虚拟机上有的，不过用的时候有些玄学，它们的安装方法在这里
使用虚拟机要注意

老师会强调很多内容，比如节点要选择国科大节点，选择哪个模板，内存等等。
SSH登陆注意端口号命令行与的图形界面的区别。
可以修改root密码，然后也可以创建普通用户等等。所以还请注意听老师的第一次课。
另一种推荐的登陆方法

这里与老师介绍的不同。我们的高天助教师姐推荐我们在windows上使用MobaXterm，方便的SSH还能打开图形界面
MobaXterm Xserver with SSH, telnet, RDP, VNC and X11 - Download (mobatek.net)
配置图形界面session


SSH的session，依然注意端口号的区别。


如果你发现服务器上没有打开X11-Forwarding，记得按照课后练习1中修改配置，使虚拟机支持SSH转发X图形 界面。都是小绿勾就可以让终端弹出ds9等窗口。



这是我连我们组服务器的一个截图

如果你熟悉命令行，想直接ssh

Linux或mac你们应该知道怎么召唤terminal，windows推荐这个，微软商店就能搜到(比cmd顺眼，可以有多个选项卡)



俺的截图

ssh -p 12345 [email protected] 后面是你的端口号，root是用户名。
等大家进组里需要登陆自己的服务器的时候，再了解一些端口转发(比如服务器jupyter)，偷懒设置一些config实现免密登陆都是有用的。
如果想自己装本地虚拟机或者双系统

这里有双系统安装教程，如果不熟悉Linux，可以从最新的稳定版Ubuntu开始。学会linux总是对今后的科研有帮助的，
如果想自己装虚拟机也好，弄个VM ware之类的教程，搞砸了就删。
ur_setup

有同学进入虚拟机后发现终端里ds9等类似的找不到命令，因为老师为了避免环境冲突，为iraf配置了ureka(对于非root账户，见课后练习2)
使用ur_setup命令启用那一大堆设置就好了，之后便可以快乐地命令行执行你需要的命令。
1. 实测天体物理与数据分析

前是光学实测的介绍，后面是python+甜筒(天统)教学，挺简单的，跳过。
2. 射电数据处理

一次概论性质的课，然后脉冲星、谱线以及干涉仪各一节。
以前有布置过使用presto的作业，我们这届是谱线(探测气体外流)。
射电图像的基本处理，安利这篇文章
如果有同学对原始观测数据处理感兴趣，也可以翻翻此系列前几篇(目前已完结)。
Hint

在pv图上判断云核外流，特点是高速气体宽广(这个也是老师讲课提到的)。
其它的问题都很简单(或许因为我是学射电的)，只用到Spyder也不难(因为老师的代码里有用#%%分块运行)。一时想不到哪里有问题。
3. 太阳数据获取与处理

学习goes

同学们要先选择一个好的耀斑，当然强一点的比较明显(碰运气)。
sswidl.bat是批处理文件。打开IDL窗口后输入 goes，设置起始时间 ，软件会自动下载数据.
JHelioviewer

可以改变不同波长的看太阳(我咋又想起了小破球里的太阳)


勾选 PFSS Model，便可以得到磁场外推图。挺好看的所以我搬过来了。


太阳活动硬 X 射线图像和频谱

先找网 search_network，再输入hessi，之后会自动下载数据。
你输入时间后显示的耀斑可能是前后相邻的耀斑，但是包含了你需要的时间段就问题不大



右下角水印是我做作业的时间，而且请注意每个同学选择的耀斑也不一样

上图中的 09:59 缺乏数据，这就是我选的耀斑问题， 后面将工作时间范围放大，实际画的是峰值 09:24 的图像。
虚拟机上下载 fits 速度极快，我们得到了 image。



截了一半

坑

本地的SSW中，hessi可能花好几个小时缓慢下完六七个一共好几百多MB的fits(因为它需要耀斑前后好几个小时的数据)，可以自行去hessi网址下载，放在ssw显示的缓存目录里。不过仍然可能遇到画image报错no data accumulated。
不过虚拟机没问题的时候还是使用虚拟机吧。虚拟机画不出谱线的话我也不知道为啥，要不就换一天的，实在不行自己装SSW吧。。。
4. 高能数据获取及处理

高能作业先是很多理论问答题，请仔细研读老师的ppt。
然后是软件的问题。
xspec

XspecManual (nasa.gov)学习一下
产生虚假光谱

首先设定模型参数，按照题目要求，phabs*simpl*diskbb 参数可以自己随意取定
本来我想下载一个卫星的响应文件的，但是下载了里面大部分是直线，没有经过光谱(坑)，所以还是利用老师提供的 spectra 目录下的光谱响应文件和附加文件制 作 ASCA 卫星的假数据(fakeit 命令)。
fakeit命令看这个  fakeit (nasa.gov)
记得忽略其中的误差过大与黑线区域(ignore命令).



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拟合

模拟光谱与模型拟合的结果，拟合良好。



放个一半的效果图

坑

幂律谱+热成分的拟合，还是要考虑低频的吸收， 使用什么模型呢？请大家想一想。



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Tips

以上命令写入一个 txt 文件，也可直接 xspec < 文件名.txt 运行。这样可以轻松改参数，画一串相同的图了。
5. 光学红外数据获取与处理

作业需要使用IRAF，听说装起来有点麻烦，所以我用虚拟机的。
参考

Handbook for Aperture Photometry using IRAF v2，兴隆站出品，你值得拥有
IRAF 测光笔记 ，潘凯琳, 杨小虎 2010 年 6 月
一些可能有用的

终端中通过这句打开一个字号大一点的 xgterm 界面防止字太小眼瞎。
xgterm -fn 10*20 -sbr &cl 进入 iraf，epar display 修改图像路径。epar是edit parameter的意思，改各种配置文件用。
如果 fits 里有多个 header，在.fits后面加上[0]，取HDUList第一个(实际上后面是很多个 Table，可以自己用astropy看下) (这是师兄祖传方法).
如果发现ds9显示不全，执行
reset stdimage=imt2048 这是 ccd 的像素数大于 512*512 导致的。当时我疑惑了很久为啥iraf打开的就不全，外部ds9就ok
测天光与星点，找星，测光

上面的参考里都很详细了，具体参数选取可以参考handbook。
画星等误差-星等图之前需要 epa graph 把 pointmo 改成 yes(切换为点点模式)，否则后面画的是线。。。
6. 兴隆实习大作业

首先是一些参观心得体会 。
然后介绍观测流程。对变星测光。得到的文件包括平场flat，本底bias和观测目标。
预处理过程的坑

如果详细地按照handbook处理过程会有些复杂，当然也有大佬完全抛弃了古董的IRAF，转而用天文摄影工具去画光变了。
扣除 overscan的时候，异常值可能在隐蔽的地方。
使用 ls 创建一个文件名列表，这样对其中的所有文件都可以进行相同的操作。


输出文件名统一添加字母后缀，用//隔开。（比较反人类的是你打错一个文件名字母，得重打整行）



我加了个o，表示output，你随便哈哈哈

trimsec设置剪裁后保留的区域。
CCD 应该有官方参考的读出噪声和增益，handbook也有教你自己测。
处理的操作大概是：按照波段合并平场，合并本底，平场的归一化，平场数据减去本底，应用到观测图像上(拼音首字母排序)。这些步骤的顺序你知道怎么排吗？
如果有几幅坏图像需要舍弃，写个循环检查一下吧。


孔径测光坑

选择哪两颗星作为比较星和检验星好呢？首先它不是变星，可以查查文献和数据库。
手动测光是不可能的，一百多张fits，还是3个波段。(之前是小组作业，但我们因为疫情没去上兴隆，所以是个人作业）


IRAF有自动对齐的方法imalign，但是我们的观测跟踪不大行。。。星点跑老远了后面对不上。。。
Hint：群友提供了一种简单的方法，找极大值点的相对坐标，以 coods 文件的形式传给 phot。



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这样就可以快乐自动测光，然后写入dat文件。
光变曲线

拿python随便画画光变曲线。观测时间可以从header用astropy的Time转一下。挺好看的所以也放一下



R2用matplotlib画的

诶，中间缺了一块观测。不过你能看到两个周期，可以拟合一下。然后就完了。
7. 高能加分作业

别问我，我没做(那会儿都要9月了，暑假过完了，没时间做)



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声明与致谢

表情包来自网络，部分作业图是R2的，不许抄！仅供参考，错了不管。
感谢老师们，助教师姐们，以及选了这门课的大佬们，在大家的互帮互助下完成了这门课的大作业们。所以希望可以帮助到今后上多波段的师弟师妹们，虽然听起来很繁琐，但是充实(4学分啊同志们)。



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欢迎大伙在评论区提出建议，尤其是隔的时间有点长了，说错了也可能。
<hr/>封面图： Observatories Across the Electromagnetic Spectrum (nasa.gov)
欢迎关注R2的专栏：予日行辰，不定时更新。。。
本文作者：还没去过兴隆站的R2。。。
本文审核：超级可爱的米老师＼（ＴＴ）／、不愿透露姓名的喵同学


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