Способ измерения дифференциальной лучевой скорости в солнечной атмосфере

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 957009 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.01.81 (21) 3229858/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл

G 01 1 3/06

Государствеииый комитет

СССР

Опубликовано 07.09.82. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 07.09.82 (53) УДК 535.853 (088.8) йо делам изобретеиий и открытий (72) Автор изобретения

Н. И. Кобанов

Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЪНОй

ЛУЧЕВОЛ СКОРОСТИ В СО,ЛНЕЧНОЛ АТМОСФЕРЕ

Изобретение относится к астрофизическим измерениям и предназначено для высокочувствительных измерений дифференциальной лучевой скорости самосветящихся протяженных объектов, например Солнца.

Известен способ измерения дифференциальной лучевой скорости в солнечной атмосфере (1) .

Недостатком известного способа является ограниченное число спектральных линий, пригодных для измерений.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения дифференциальной лучевой скорости в солнечной атмосфере, основанный на измерении допплеровского смещения фраунгоферовых линий с использованием спектрографа (2) .

Недостатком известного способа является невысокая чувствительность измерений.

Это связано с тем, что согласно данному способу на вход спектрографа при помощи механического модулятора поочередно направляют свет от исследуемой детали солнечного изображения и параллельный пучок от Солнца, при этом в определенном участке спектральной линии измеряют разность интенсивностей при различных положениях механического модулятора. Вследствие этого, во-первых, количество света, проходящее в спектрограф от исследуемой детали и количество света от параллельного пучка должны быть строго равны, иначе возникает паразитная модуляция интенсивности. Но это условие постоянно нарушается, так как при переходе от одной детали солнечного изображения к другой яркость изменяется, тогда как яркость параллельного пучка остается относительно стабильной.

Во-вторых, незначительные биения во вращении стеклянного блока модулятора вызывают угловые смешения пучка света на колиматоре спектрографа и соответственные смещения спектра, что создает лож15 ный сигнал, неотличимый от истинного. Г1ри длиннофокусных спектрографах, обычно применяемых в солнечной астрономии, ложный сигнал этого вида может достигать десятков или даже сотен метров в секунду.

Цель изобретения — повышение чувствительности измерения дифференциальной лучевой скорости.

Цель достигается тем, что согласно способу измерения дифференциальной лучевой скорости в солнечной атмосфере, основан957009 ному на измерении допплеровского смещения фраунгоферовых линий, с использованием телескопа и спектрографа, световой пучок, образующий солнечное изображение, в фокальной пло-кости телескопа делят на два пучка, каждый из которых поляризуют по кругу во взаимно противоположных направлениях, совмещают На входной щели спектрографа исследуемые детали изображения, производят простра нств H0 vfo модуляцию полученных HB выходе спсктрографа спектральных компонент и по двум крыльям фраунгоферовой линГги регистрируют изменение интенсивности на частоте модуляции, по которому определяют дифференциальную лучевую скорость.

На фиг. 1 изображен пример схемы устройства, реализующего данный способ; на фиг. 2 — схемы, иллюстрирующая образование сигнала.

Устройство включает IIO;I H p H33 Ifион нуГо призму 1 фазовх 10 ахромати Гескх ю пластину 2, входную щель 3 спектрографа, электрооптический модулятор 4 поляризации, Г!Оляриза(LHoHH) ю призмх 5. Коллиматор 6, камерное зеркало 7, диагональное плоское зеркало 8, диагональное плоское зеркало 9, входную щель фотометра 10, фотометр 11, син :.ðOHHûé детектор !?, задающий генератор 13. г!еполяризованные лучи света от точек А и В солнечного изображения в призме 1 разлагаются каждый Га два луча с ортогопаль foH линейной поляризацией. Призма 1 представляет собой пласГину кальцита, вырезанную параллельно плоскости спайности.

Один из линейно поляризованных лучей проходит через призму, не отклоняясь, другой испытывает преломленHå и смещается призмой на заданное расстояние. Далее лучи проходят через четвертьволновую пласTH H) 2, OcH которой соста в Гя ют ), Lo. I 45 " с направлениями линейной поляризации лучей. По выходе из пластины 2 лучи будут поляризованы по левому и правому кругу соответственно. Через входную щель спектрографа " пройдут лучи с правой круговой поляризацией от элемента А и с левой круговой поляризацией от элемента В. Если лучевые скорости элементов А и В различны, то каждая спектральная линия окажется состоящей из двух компонен" противоположно поляризованных по кругу (фиг. 2, поз. А).

Ситуация напоминает нормальный эффект

Зеемана с тем существенным отличием, что в нашем случае поляризация компонент стопроцентная. При прохождении света через электрооптический модулятор поляризации 4, на который подается управляющий сигнал вида «Меандр» и призму 5 пространственное расположение спектральных компонент меняется в соответствии с фиг. 2, поз. б, в, где ЬjLv — расстояние между компонентами, обусловленное различием лучевых скоростей в исследуемых элементах изооражения; ЬХГ1 — — амплитуда пространственной модуляции, обычно составляющая около полуширины спектральной линии;

S -- входная щель фотометра.

При одной фазе модулирующего сигнала компоненты расходятся и через щель S прой;LpT излучение интенсивностью II — Л jLО+

+ 5jIi при друГой фазе компоненты смен„ аются навстречу друг другу и Ig — Д )Г-ГГ—

h,),v. Таким образом, за период моду10 ляции AI — Il — !2 — 2 ..1).х: и на выходе фотометра появится переменный сигнал, который далее демодулируется синхронным детектором 12.

Электрооптический модулятор поляризации работает, как переменная фазовая плас15 тина: А- и превращает круговую поляризацию в линейную. (В качестве модулятора .ложно использовать кристаллы D)хВР с продольным электрооптическим эффект011) .

Дл я лучей п рошедп1и х модулятор на п ра вления линейной поляризации взаимно QpTOгональны и меняются на противоположные синхронно с управляющим напряжением.

Поля риза ционная призма в простейшем случае представляет собой такую же пластиfl; кальцита, как и призма 1 на фиг. 1.

Зта призма один из поляризованных лучей отклоняет, а другой пропускает без отклонения. Поскольку поляризация лучей меняется, то в соответствии с этим меняется и их пространствснное положение, например, если при одной фазе напряжения на моду,IHT0pi через призму без отклонения npoxi) jHT луч, имеIOILLHH правую круговую поляриза IIHЮ, а ОтклОH яетсH, vч Г!Оляри зова иной левоциркулярно, то IpH другой фазе напряжения картина меняется на обратную. Призз5 ма ориентируется так, чтобы направление отклонения лучей совпадало с направлением дисперсии спектрографа, а направления поляризации лучей в призме совпадали с направлением поляризации лучей, выходяГцих из модулятора.

Если использовать для этой цели поляризационную призму, склеенную из двух пластин кальцита, взаимно ориентированных таким образом. что луч, являющийся обыкновенным в первой пластине, будет необык45 новенным во второй и наоборот, в такой призме отклонение в противоположных направлениях будут испытывать оба луча.

Предлагаемый способ обеспечивает повыпение чувствительности измерений более чем в 10 раз в сравнении с известным

50 способом, а в сравнении с обычными методами, использующими компенсатор лучевой скорости солнечногo0 магнитографа, выигрыш составляет более двух порядков.

Формула изобретения

Способ измерения дифференциальной лучевой скорости в солнечной атмосфере, 957009

Составитель А. Качанов

Редактор С. Патрушева Техред А. Бойкас Корректор А. Дзятко

Заказ 6583/28 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4! основанный на измерении допплеровского смещения фраунгоферовых линий с использованием телескопа и спектрографа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, световой пучок, образующий солнечное изображение, в фокальной плоскости телескопа делят на два пучка, каждый из которых поляризуют по кругу по взаимно противоположных направлениях, совмещают на входной щели спектрографа исследуемые детали изображения, 10 модулируют пространственное расположение полученных на выходе спектрографа спектральных компонент и по двум крыльям фраунгоферовой линии регистрируют изменение интенсивности света на частоте модуляции, по которому определяют дифференциальную лучевую скорость.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Авторское свидетельство СССР. № 754217, кл. G Ol J 3/06, 1978.

2. Kalinjak А., Vassilyeva G. On the velocitv field distribution in so1ar photosphere

Solar Physics, 1971, ч. 16, № 1, р. 37.