利用世界上最大光学望远镜，探测星系外气体进入星系的过程

据中国激光杂志社网，于2023年07月13日报道，今天，爱光学隆重推出全新专栏——SAME快报。

空间（S）、大气（A）、海洋（M）与环境（E），关乎国家科技安全和我们每个人的生命健康，在国家重大战略需求的引领下，空间光学、大气光学、海洋光学与环境光学日益交叉融合，已成为当前光学的热点研究及应用方向，并催生出一系列具有国际影响力的创新成果。为此，中国激光杂志社《光学学报》推出SAME专题子刊，并于今年举办首届SAME学术会议。

一刊一会一社区，SAME快报将立足于追踪相关领域内重要资讯，与刊会深度融合、共同打造服务交叉学科发展的全新平台；同时它也将汇聚从事相关领域研究、关注这一领域进展的学者，共谋未来。欢迎大家通过邮箱wangxiaoyan@siom.ac.cn和微信Mini_clara，申请进入“SAME进展交流群”。

科研成果

星系吸积星系外气体、形成恒星的详细过程是天体物理学研究的热点。近期公布的美国未来十年天体物理规划中，特别将“宇宙生态系统”作为需解决的重要问题提出。其中的一个关键是大质量星系形成演化的机制问题。

近日，来自清华大学天文系蔡峥教授领导的国际团队，利用世界上最大的光学望远镜——“凯克”，对110亿光年外一个巨大的气体星云进行了观测。利用先进的成像光谱仪——“宇宙网成像器”，团队成功探测到了星系周围气体的氢元素以及多种重元素辐射，并进一步估计出重元素的大尺度空间分布。这也意味着在宇宙早期，星系周围气体已经富含重元素。进一步的光谱和数值模拟分析发现，这些富含重元素的电离气体，极为可能是早先被星系中心的活动星系核喷射到星系周围，通过复合辐射、禁戒跃迁辐射等过程冷却下来，在引力和环境角动量共同作用下，重新回流入星系，形成“循环冷气体流”。

本次发现对星系如何与大尺度环境进行物质交换提供了清晰图景。该发现为理解星系生态系统、星系形成和演化迈出了关键一步。未来，结合更大口径、更大视场的光谱巡天望远镜，人们有望揭示星系中恒星形成的全貌。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj9192

报道链接：https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/103560.htm

空气激光的远程探测应用研究中取得新进展

相干拉曼散射是一种重要的非线性光谱技术，已被广泛用于物质检测、燃烧诊断、生物显微等领域。传统的相干拉曼光谱技术，通常需要多束激光实现分子振转相干性的激发与探测，并对多光束间的时空控制提出了很高要求。因此，发展单光束相干拉曼散射技术是极具吸引力的研究方向。

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队基于空气激光的独特时频性质和远程产生能力，提出了一种新型单光束相干拉曼散射技术，实现了空气中温室气体SF6的定量测量，检测灵敏度达到千分之四的水平。随后，该团队基于空气激光的相干拉曼散射技术与种子放大技术、偏振滤波技术相结合，实现了浓度低至万分之三的温室气体检测，并展示了该技术在多组分同时测量、12CO2与13CO2精准分辨方面的独特优势，开拓了空气激光在远程探测领域的初步应用。

最近，该研究团队进一步发展了电子共振增强的单光束相干拉曼散射技术，利用一束飞秒激光同时构建了拉曼共振和电子共振双共振条件，通过电子共振将拉曼信号提高了1-2个数量级。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202300020

报道链接：http://www.siom.cas.cn/xwzx/kydt/202303/t20230330_6720346.html

6.5m宽视场巡天望远镜概念设计最新成果

天文学、天体物理学是研究宇宙空间天体、宇宙结构和发展的科学，它跟所有自然科学一样是一门实验科学，望远镜就是最重要的实验观测设备之一。天文学正以前所未有的速度发展，近十年来，天文发现多次荣获了诺贝尔物理学奖，但仍有许多关于宇宙本质的前沿问题亟待解决。

近日，清华大学MUST项目团队依托清华大学天文技术中心，在清华大学精密仪器系和天文系的领导下，联合华盛顿卡内基研究所卡内基天文台、南京大学天文与空间科学学院、南京大学现代天文学和天体物理学重点实验室等国内外科研机构与专家，共同完成了MUST光学系统的概念设计。

通过该光学系统，可以实现优越的成像质量。设计完成的MUST望远镜光学口径达6.5 m、视场7平方度、光纤数20000以上、光谱覆盖0.365–1.10 μm，其获取光谱的能力是国际上目前同类设备的10倍以上，正处于目前国际天文望远镜参数空间的重大空白，将有望在暗能量和暗物质本质、引力波、宇宙学、系外行星和星系形成等前沿科学方向上取得重大基础性、原创性突破。

报道链接：https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/104665.htm

基于TDLAS技术开展甲烷的大气-土壤碳交换的过程检测

甲烷（CH4）作为一种在大气中存在寿命较短的温室气体，其排放的控制对于减缓温室效应有着重要意义。土壤在CH4循环中既是源也是汇，土地的利用方式会对CH4循环造成重要影响。为了解不同土壤在CH4循环中的贡献，需要测量土壤中CH4通量。TDLAS是气体检测中常用的技术之一，具有高灵敏度、高精度、高选择性，以及响应速度快等优点。为了获得更高的检测灵敏度，通常使用多通池来增加吸收光程。

近日，中科院合肥研究院安光所高晓明研究员团队在利用可调谐激光吸收光谱技术（TDLAS）测量大气CH4及土壤CH4呼吸方面取得新进展。团队刘锟研究员、王瑞峰博士研究生等人提出一种双增强型赫里奥特多通池，采用再入射的方法在33.3 cm的多通池基长下实现了73.926 m的有效吸收光程，再结合温度控制和吸收线锁定等优化方法，提高了系统的长期稳定性和耐用性，研发的设备探测极限达到10 ppbv。团队还利用该设备对草地CH4通量进行了测量，并对大气CH4进行了长期观测。

论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.480496

报道链接：http://www.aiofm.ac.cn/2022anguangsuo9/2022_xwzhongxin/2022_kyjinzhan/202302/t20230217_733355.html

基于遥感观测的全球径流反演算法评估方面取得进展

从卫星遥感获取河道关键水力参数（如宽度、高度和坡度）来准确地估计河流径流量是遥感径流（RSQ）研究的首要目标。随着计算能力的提升、传感器的进步，以及“地表水和海洋地形测绘任务”（SWOT）卫星任务的发射，基于遥感的全球径流反演成为可能。

近日，北京大学林佩蓉研究员团队研究基于GEE平台、Landsat可见光遥感卫星影像、以及GEE上部署的河宽提取算法RivWidthCloud，基于35万景Landsat影像提取了1984年-2019年的长时序河宽数据，在全球3432个水文站位置处采用BAM和geoBAM算法、基于AMHG流量关系开展径流反演，并结合日尺度径流观测数据进行验证。

结果证明了BAM/geoBAM的全球通用性，同时指出了未来需要特别关注的河流状况（例如，低b型河道、干旱气候、低/高宽度变异性、高LAI和宽河流；宽河流需要更好地区分河道型水库，并改进geoBAM中的河流地貌先验性息）。作者建议其他具有全球适用性的RSQ算法也进行类似的大规模评估，以应对SWOT时代全球范围河流监测和水资源管理所面临的新机遇和挑战。

报道链接：http://3slab.pku.edu.cn/info/1028/1454.htm

高分辨率激光外差光谱应用于风场探测方面获得新进展

激光外差辐射计(LHR)具有高光谱分辨率的特点，可以有效地探测到由风场引起的微小多普勒频移，频移结合大气透过率谱，通过光谱反演得到沿视线方向水平风的垂直廓线和大气柱浓度等信息。

近日，中科院合肥研究院安徽光机所高晓明研究员团队在激光外差光谱应用于风场探测方面取得新进展，团队谈图副研究员和李竣博士生设计了基于氧气矫正的近红外激光外差光谱仪，同时测量大气O2和CO2透过率谱，基于受约束的内尔德-米德（Nelder-Mead’s）单纯形法，利用大气O2透过谱来校正大气温度和压力分布，并结合最优估算法反演得到了精度为∼±2.5 m/s的大气风场垂直剖面，研究结果表明，氧气校正激光外差辐射计作为便携式和小型化测量仪器在风场探测中具有广阔的应用潜力。

论文链接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-5-7850&id=526279

报道链接：http://www.aiofm.ac.cn/2022anguangsuo9/2022_xwzhongxin/2022_kyjinzhan/202302/t20230220_733527.html

行业资讯

近十年“超级温室气体”浓度加速，甲烷项目纳入CCER助于能源转型

近日，根据联合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告，甲烷年平均浓度比1750年增加了157.8%，近十年甲烷浓度增速加快，2010年以来年均增长7.6 ppb左右。甲烷是一种具有快速增温效应的“超级温室气体”，其排放贡献了全球暖化效应的25%，仅次于二氧化碳，因此甲烷控排成为碳达峰碳中和“1+N”政策体系提出的重要工作之一。

报道链接：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1763415851530680583&wfr=spider&for=pc

“海洋激光遥感的关键技术与应用”入选2022年中国十大海洋科技进展

近日，中国海洋学会联合中国太平洋学会、中国海洋湖沼学会、中国航海学会、中国指挥与控制学会、中国大洋矿产资源研究开发协会评选出2022年中国十大海洋科技进展。其中“海洋激光遥感的关键技术与应用”入选。

该科技进展围绕国家海洋环境立体剖面遥感测量的技术难点和发展我国海洋激光卫星的迫切需求，突破了机载蓝绿双波长海洋激光遥感技术、海洋体散射函数小角度测量技术、船载海洋激光雷达系统可调视场探测技术等三大关键技术，形成了船载海洋激光遥雷达遥感技术、机载海洋激光雷达遥感技术、星载海洋激光雷达系统指标论证、海洋激光雷达辐射传输模型和主被动海洋光学遥感融合技术等五大标志性成果，取得了多种不同体制船载海洋激光探测设备研制和综合试验、星载海洋激光雷达系统技术指标论证、基于实测水体偏振散射相函数的海洋激光辐射传输模型等三大创新点，为我国未来海洋激光卫星的探测新体制积累了经验，储备了技术。有助于提高我国海洋环境安全信息保障能力，推动我国海洋光学遥感技术的跨越式发展。