Способ регистрации неоднородностей астрофизических объектов

 

Использование: изобретение относится к астрофизике и может быть использовано для изучения неоднородности плотности плазмы в эмиссионных солнечных астрофизических образованиях. Сущность изобретения: излучение регистрируют за пределом границы водородного континуума, регистрируя при этом изменение интенсивности по сравнению с интенсивностью соседних участков объектов или интенсивностью излучения в разные моменты времени, и на основании сравнений делают вывод об изменениях электронной концентрации. 1 табл.

Изобретение относится к астрофизике и может быть использовано для изучения неоднородности плотности плазмы в эмиссионных солнечных образованиях (вспышки, протуберанцы, хромосфера), а также при исследованиях других астрофизических объектов (сейфертовские галактики, квазеры, вспышки звезд).

Известен способ, при котором получают фильтрограммы Солнца в линиях H_α, Kca II и некоторых других и который дает возможность регистрировать преимущественно неравномерности распределения температуры по поверхности. В этих линиях контрастнее всего выделяются активные образования в атмосфере Солнца, т. е. те образования, которые отличаются от окружающей их атмосферы в первую очередь повышенной температурой. Это, например, вспышки, флокулы и др. Излучение от этих образований обусловлено в первую очередь электронными ударами первого рода, эффективность которых растет с повышением температуры. Безусловно, и другие элементарные процессы (возбуждение уровней полем радиации, спонтанные переходы и т. п. ) также играют роль при возбуждении верхних уровней водорода, но они не являются определяющими. В то же время интенсивность излучения этих образований зависит и от плотности плазмы. Недостаток способа состоит в том, что он не позволяет выделить те места в солнечной атмосфере, которые отличаются повышенной плотностью плазмы.

Известен способ, при котором получают фильтрограммы Солнца в свете линии водорода H₉ с помощью широкополосного интерференционного фильтра.

Недостаток способа заключается в том, что он предназначен для изучения голубого континуума и этим способом регистрируется суммарное излучение возбужденного водорода (в линии H₉) и участка непрерывного спектра (голубого континуума), который, как сейчас известно, может характеризовать неоднородность плотности плазмы. В этом участке непрерывного спектра регистрируется излучение только объемов с высоким значением спектронной концентрации (n_e≥10¹⁵ см^-3). Эмиссия областей с меньшими n_e (n_e≅10¹⁵ 10¹⁴ см^-3) не регистрируется. В то же время, в этой области спектра, т.е. в бальмеровском континууме, эмиссия есть интегральной от объемов со всеми n_e.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в том, чтобы определить в атмосфере Солнца и других астрофизических объектах области с повышенной (пониженной) мерой эмиссии, которая определяется объемами со всеми электронными концентрациями. Технический эффект достигается тем, что в способе регистрации неоднородностей астрофизических объектов, включающем получение их изображений с помощью телескопа путем регистрации излучения, отличающемся тем, что излучение регистрируют за пределом границы водородного континуума, регистрируя при этом повышенную интенсивность по самому сильному отклику приемника изображения, сравнивают ее с интенсивностями соседних участков или же с интенсивностями излучения в разные моменты времени в случае наблюдения нестационарных объектов, и на основании подобных сравнений делают вывод о наличии неоднородностей электронной плотности, при этом излучение регистрируют в длине волны λ_o= λ_еn- Δλ_1/2, где теоретическая граница водородной серии; n номер серии; полуширина полосы пропускания фильтра.

Наземные наблюдения предлагается проводить с использованием интерференционного светофильтра, рассчитанного на участок спектра за границей серии Бальмера . Такие наблюдения эмиссионных образований будут давать представление о неоднородности электронной концентрации, поскольку избыточная эмиссия в этой области спектра возникает за счет фоторекомбинаций на второй квантовый уровень водорода, а его интенсивность J_c,2 пропорциональна мере эмиссий n²_elT_e^-3/2 (здесь электронные концентрации n_e и температура T_e равняются протонным концентрациям и температуре, l протяженность области вдоль луча зрения).

Из этого видно, что неоднородность излучения за пределом водородной серии обеспечивает возможность получения представлений о неоднородности электронной концентрации.

Действительно, в оптических солнечных вспышках, к примеру, электронная концентрация оказывается повышена по сравнению с окружающей атмосферой примерно на три порядка (от 10¹⁰ до 5·10¹³ см^-3), а температура не более, чем в три раза (от 7·10³ до 2·10⁴ K). Если учесть, что J_c,2 пропорционально n²_e, то понятно, что непостоянство регистрируемой величины J_e,2 обусловлено в первую очередь изменением n_e.

Таким образом, при получении изображения в континууме водородной серии достигается возможность регистрации неоднородности электронной концентрации в астрофизических объектах.

В результате приведенного анализа видно, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ дает возможность регистрировать как макронеоднородности плотности плазмы по поверхности астрофизических тел, так и их изменение и со временем. В случае наблюдений Солнца возникает возможность определять динамику, морфологию и статистику областей с повышенной интенсивностью J_c,2, их связь с такими активными образованиями на Солнце, как вспышки, флоккулы и т. д. а также взаимосвязь в этих образованиях параметров n_e и l. Особый интерес может иметь излучение динамики n_e в солнечных вспышках. Известно, что во вспышках электронная концентрация выше, чем в окружающей хромосфере, на 2-3 порядка, но динамика роста n_e во вспышках пока что не известна. Наблюдения, которые будут проводиться на базе заявляемого способа, помогут решить эту и другие проблемы солнечных образований и динамических процессов, которые проходят в атмосфере Солнца.

В качестве примера, который иллюстрирует возможность получения искомого результата и показывает эффективность заявляемого способа, приведем сравнение интенсивности возле границы бальмеровского континуума двух различных областей атмосферы Солнца вспышки балла 2 (J_c,2(f) и хромосферы (J_c,2(ch)) и покажем, что основным параметром, который влияет на рост J_c,2, является электронная концентрация. Необходимые для сравнения параметры вспышки и хромосферы приводятся в таблице.

Из выражения I_{c,2 ~} n²_elT^-_e^3/2 видно, что увеличение температуры в объеме вспышки, по сравнению с хромосферой, уменьшает интенсивность J_c,2 в 1,6 раза, а вот рост значения n_e в области вспышки дает основной вклад в рост J_c,2 (отношение n²_e(f)/n²_e(ch) = 10⁴). А это означает, что, регистрируя рост интенсивности J_c,2, мы тем самым определяем места в солнечной атмосфере с повышенным значением n_e.

Формула изобретения

Способ регистрации неоднородностей астрофизических объектов, включающий получение их изображений с помощью телескопа путем регистрации излучения объектов с использованием оптического фильтра и приемника изображения, отличающийся тем, что излучение регистрируют за пределом границы водородного континуума, регистрируя при этом интенсивность самого сильного отклика приемника изображения, сравнивают ее с интенсивностями соседних участков изображения или с интенсивностями излучения в разные моменты времени и на основании подобных сравнений делают вывод о наличии неоднородностей электронной плотности объектов, при этом излучение регистрируют на длине волны λ₀= λ_c,n-Δλ_1/2, где λ_c,n - теоретическая граница водородной серии; n номер серии; Δλ_1/2 - полуширина полосы пропускания фильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1