CCD圖像中宇宙線μ子甄選技術*

馮海霞，陳建軍，鄧建榕，趙永恒

(1. 中國科學院國家天文臺，北京 100101；2. 中國科學院大學，北京 100049；3. 中國科學院光學天文重點實驗室 (國家天文臺)，北京 100101)

宇宙線是來自外太空的高能粒子，1912年，奧地利地理學家赫斯在電離室測量電流時第一次發現了宇宙線。宇宙線中質子和氦核占98%，重核1%，電子1%，微量其他粒子[1]。當初級宇宙線進入地球大氣層時，質子和氦核等高能粒子與大氣中的原子核相互作用產生級聯的廣延大氣簇射，生成大量的次級粒子。在使用電荷耦合器件觀測目標源時，這些粒子在CCD上留下不同的徑跡，其中包括電子、α粒子、X射線以及μ子等。靠近大氣底部的宇宙線主要是簇射產生的次級μ子。在CCD圖像的宇宙線中，占據主要成分的是μ子。μ子和電子等帶電粒子在CCD上留下明顯的特征徑跡。電子大部分是由環境中放射性同位素產生的，并非來源于宇宙線[2]。α粒子和X射線等其他粒子在CCD圖像中呈點狀，不易與CCD芯片本身產生的電子噪聲分開。因此，研究CCD圖像中的宇宙線，需要對宇宙線中的μ子進行甄選。

當前探測宇宙線的裝置很多，例如西藏羊八井國際宇宙線觀測站、印度烏蒂的GRAPES-3、阿根廷的皮埃爾·俄歇觀測站(Pierre Auger Observatory)以及四川的高海拔宇宙線觀測站等。這些裝置采用一系列探測器陣列和望遠鏡來探測宇宙線粒子。本文利用大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(the Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope, LAMOST，又叫郭守敬望遠鏡)探測μ子。文[3]系統介紹了郭守敬望遠鏡的結構、原理及應用。郭守敬望遠鏡配置有16個光譜儀和32臺4 k × 4 k的CCD相機。……