Способ регистрации волновых движений вещества в атмосфере солнца

 

1. СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ВОЛНОВЫХ ДВИЖЕНИЙ ВЕЩЕСТВА В АТМОСФЕРЕ СОЛНЦА, основанный на измерении дифференциальной лучевой скорости путем поляризационного раздвоения изображения Солнца на входе спектрографа и пространственной фильтрации с помощью фильтра, содержащего прозрачные и непрозрачные участки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем улучшения селективности измерений к пространственным волнам, смещают разнополяризованные изображения друг относительно друга в направлении, перпендикулярном дисперсии спектрографа при максимально возможной высоте входной щели на величину L ,связанную с параметрами фильтра следующими соотношениями: 1 L ( Р N ). Р

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NkNHIIM

PEOlVSJlHH

as аи зд) G 0134 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР 1

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 03 КРЫТЮ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К *5 TOPCktOMV СаИдат@ЪСтвм (21) 3577868/24-25 (22) 15.04.83 (46) 15. 11.84. Бюл. Р 42 (72) Н.И.Кобанов (71) Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн СО АН СССР (53) 535.411(088.8) (56) 1. Brookes J. et al. Monthly

Notices Royal Astronomical Soc., 1978, 185, 1-17.

2. Авторское свипетельство СССР

У 957009, кл..6 01 3 3/06, 1982. (54) (57) 1. СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ВОЛНОВЫХ ДВИЖЕНИИ ВЕЩЕСТВА В АТМОСФЕРЕ

СОЛНЦА, основанный на измерении дифференциальной лучевой скорости путем поляриэационного раздвоения иэображения Солнца на входе спектрографа и пространственной фильтрации с помощью фильтра, содержащего прозрачные и непрозрачные участки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности путем улучшения

t селективности измерений к пространственным волнам, смещают разнополяризованные изображения друг относительно друга в направлении, перпендикулярном дисперсии спектрографа при максимально возможной высоте входной щели на величину 4,связанную с параметрами фильтра следующими соот" ношениями:

Ь=2(Р + Н), Р =

1 . * (0,46-0, 74) L где P — ширина прозрачного участка фильтра, Й вЂ” ширина непрозрачного участка Я .3 ю при этом на выходе спектрографа одноэлементным фотоприемником регистрируют суммарный световой поток по всей высоте выходной щели.

2. Способ по п. 1, отличаю- Я шийся тем, что, .с целью перестройки селективности по пространственным волнам, меняют масштаб изображения Солнца на входе спектрографа.

1 11

Изобретение относится к астрофизическим измерениям и может быть использовано для исследования параметров волновьм движений на поверхности протяженных космических тел по измерению доплеровских смещений спектральных линий.

Исследования волновых процессов в атмосфере Солнца основываются на высокочувствительных измерениях лучевой скорости. Известен способ регистрации глобальных колебаний

Солнца с помощью ячейки резонансного рассеяния на парах натрия или калия (1) .

Обладая высокой чувствительностью, этот метод дает возможность осуществить измерения только в нескольких спектральных линиях.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, основанный на измерении дифференциальной лучевой скорости путем поляризационного раздвоения изображения

Солнца на входе спектрографа и пространственной фильтрации. Зтот способ позволяет осуществлять измерения дифференциальной лучевой скорости практически в любой спектральной линии с высокой чувствительностью около 0,2-0,3 м/с j2) .

Недостатком указанного способа является плохая селективность его по отношению к некоторым пространственным волнам в связи с тем,что при измерении дифференциальной лучевой скорости двух элементов солнечной поверхности для волны, длина которой точно совпадает с расстоянием между этими элементами, сигнал всегда равен нулю, а для волны, длина которой в два раза превышает ,эту величину, сигнал максимален.

Ситуация аналогична и для более коротких волн кратных рассмотренным вышее. Исследования последних лет по-. казали, что на поверхности Солнца существует несколько типов волн с большим набором пространственнык периодов, поэтому детальное исследование волновых движений во многих случаях требует высокой селективности измерений по отношению к пространственной длине волны.

Цель изобретения — повышение селективности измерений к пространственным волнам.

24183

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регистрации волновых движений вещества в солнечной атмосфере, основанному на измерении дифференциальной лучевой скорости путем поляризационного раздвоения изображения Солнца на входе спектрографа и пространственной фильтрации с помощью фильтра, со10 держащего прозрачные и непрозрачные участки, смещают разнополяризованные изображения .друг относительно друга в направлении, перпендикулярном дисперсии спектрографа при максимально возможной высоте входной щели на-величину, связанную с параметрами пространственного фильтра следующими соотношениями:

- (+ Я )

2

Э

=(0,46-0, 74) ь, где à — ширина прозрачного участка фильтра, Й вЂ” ширина непрозрачных промежутков, а на выходе спектрографа регистрируют одноэлементным фотоприемником суммарный световой поток по всей

ЗО высоте выходной цели.

Кроме того, с целью перестройки селективности по пространственным волнам меняют масштаб изображения

Солнца на входе спектрографа.

З5 На Лиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Схема включает поляризационную призму 1, ф/4 фазовую пластину 2, 4р пространственный фильтр 3, входную щель спектрографа 4, злектрооптический модулятор 5 пространственного положения спектральных компонент, спектрограф 6, выходную щель спектро4g графа 7, линзу поля 8, одноэлемент.ный фотоприемник 9. т

Способ осуществляется следующим, образом.

С помощью призмы 1 участок солнечЮ ного изображения раздвайвают, поляризуют линейно и, поворачивая призму

1, добиваются, чтобы направление относительно смещения разнополяризованных лучей было перпендикулярно направлению дисперсии спектрографа, превышают линейную поляризацию лучей в круговую и пропускают свет через пространственный фильтр 3 и входную

1124

3 щель спектрографа 4, Далее электро,оптическим модулятором 5 производят пространственную модуляцию спектральных компонент, с помощью линзы поля 8 световой поток, прошедший выходную щель 7 по всей ее высоте, направляют на одноэлементный фотоприемник 9 и регистрируют колебания интенсивности суммарного светового потока. Фазовая 3/4 пластина 2 слу- 1О жит для превращения линейной поляризации лучей в круговую, что облегчает сопряжение (в смысле ориентации кристаллографических осей) с электрооптическим модулятором 5. Прост- 15 ранственный фильтр 3 выполнен на стекле фотоспособом в виде поозрачных полос, разделенных непрозрач:ными промежутками. Максимальная высота входной цели- 4 определяется 20 прежде всего размерами линейной апертуры электрооптического модулятора 5 и отсутствием виньетирования пучков на элементах спектрографа 6.. ю

Для того, чтобы осуществить пере- 25 стройку селективности по длине про-. странственной волны, масштаб изображения на входе спектрографа изменяют.

Это удобнее.и быстрее, чем выполнять перестройку изменением величи- to ны относительного смещения разнополяризованных изображений и одновременной заменой пространственного фильтра.

Из фиг. 2 видно, что вдоль направления входной щели оптимальные условия фильтрации будут для волны, длина которой A = 2L, где L — величина относительного смещения разнополяризованных изображений. В этом .4О случае в каждое из прозрачных окон фильтра 3 одновременно проходит свет от двух волн периодических структур (исходной и ее двойника), сдвинутого на 9/2, причем фаза этих волн сохра- 45 няется для всех И прозрачных окон1 фиг. 3 ц, 5 изображает для этого случая положение спектральных компонент на выходной щели спектрографа при различных фазах напряжения на электрооптическом модуляторе 5. В раСсмотренном примере колебания интенсивности светового потока, происходящие при пространственной модуляции спектральных компонент, совпада-. 5 ют по фазе по всей высоте выходной щели 7 для одной, вполне определенной пространственной волны и могут

183 4 быть зарегистрированы совместно с помощью линзы поля 8 и ФЭУ 9. На фиг. 3 0,0 показаны также смещения компонент в трех отличающихся высотой точках спектра из=за вертикальных неоднородностей воздушной массы в спектрографе. Поскольку световой поток, пропускаемый щелью 7 в любой из моментов, определяется только расстоянием между компонентами и мало зависит от положения гели (пока .щель находится между минимумами компонент), то влияние этих неоднородностей в сигнале не проявляется. Из- 1 меряемый сигнал 5 при таком методе регистрации в общем виде описывается слелующей формулой:

r;,р .2 „q (-() q n- L(?в 3), Р" Э

Ширина прозрачных окон фильтра P выбирается от 0,46 L до 0,74 из соображений оптимального подавления трех ближайших нечетньм коротковолновьм гармоник ф = - а 2

2, !

3 2 5

2L — и на практике зависит от конк7 ретной задачи и условий наблюдения, Так, если нужно зарегистрировать колебания с длиной пространственной волны A = 2L = 8 (для обозначения размеров на Солнце 9бычно используют угловые секунды)1то при ближайших нечетных гармоники соответствен8" 8" Я" но равны — — †. В наземных ус-

3 5 7 ловиях большинство солнечных телескопов в течение основного наблюдательного времени имеет пространственное разрешение не лучше 2-3. Ясно, что

8" пространственные волны с

Ъ вЂ” в этом случае не разрешают7 ся уже самим телескопом, поэтому их вкладом в сигнал можно пренебречь и следует стремиться к полному подавле8" нию ближайшей гармоники Ъ< —, для

2 3 чего следует выбрать P — Ь Ф О 66L

Подставив в формулу для сигнала 5

2Ь значения — P 0 66L.ïoëó÷àåì

3 У ) нуль. Если же пространственное разрешение телескопа выше чем -- одной

:2ь

7 э из трех ближайших нечетных гармоник

183 °

5 1124 пренебречь нельзя, для выбора оптимального значения P необходимо минимизировать напрякение

1;Р 1, 5ФР 1 . 7liP 5

+ — 816 — + — 3 >

5 2 7 2

ЯР

Sin которое представляет отношение суммы сигналов гармоник к сигг лу основной Aо 10

Величина этого отношения минимальна (0,061 и изменяется очень слабо в диапазоне от Р = 0,46 Ь до Р = * 0,74, Определенное в первом примере значение Р = 0,66 L также попа- 15 дает в этот интервал. Графическое изображение зависимости для 5 при

И=12 имеет вид,представленный на фиг.4 (расчетыкривой выполнены на ЭВМ) .

Селективные воэможности способа по ширине главного максимума, соответствующего Ър = 21„ в сравнении с прототипом возросли примерно на порядок. Поскольку каждой точке волны, свет от которой попадает в спектрограф, соответствуют два луча, проходяшие по одному и тому же .оптическому пути, то все инструментальные шумы спектрографа полностью компен,сируются, т.е. метод остается диф ференциальным. Что же касается чувствительности измерений, то она возрастает в 4 М раз в сравнении прототипом за счет интегрирования светового потока от М элементой . Например для М = 9 сигнал / шум в 3 раза вышее, чем в прототипе.

1 2 3 9 5

7 8

1 24183