RU1775040C - Способ исследовани атмосферы Солнца и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: астрофизика, экспериментальные исследовани  атмосферы Солнца . Сущность изобретени : осуществл ют модул цию пол ризации солнечного света, а в выходном сигнале фотометра регистрируют две составл ющих, одна из которых имеет посто нную фазу и св зана с дифференциальной лучевой скоростью, а друга  мен ет фазу с частотой модул ции пол ризации и св зана со средней величиной продольной напр женности магнитного пол . Таким образом, кроме возможности измер ть дифференциальную лучевую скорость в любом участке солнечного спектра метод обеспечивает одновременные измерени  двух параметров с помощью одного фотометра . 2 с.п. ф-лы, 1 ил. fe

Description

Изобретение относитс  к астрофизическим измерени м и может быть использовано дл  исследовани  физических условий в атмосфере Солнца.

Известен способ измерени  лучевой скорости, основанный на использовании теллурических спектральных линий в качестве спектральных реперов 1. Поскольку собственные смещени  теллурических линий незначительны, а смещени  инструментального происхождени  такие же, как дл  линий солнечного спектра, то становитс  возможным учесть внутренние шумы спектрографа . Однако применение метода жестко ограничено теми участками спектра, где имеютс  близко расположенные теллурические и солнечные линии. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ, по которому дл  измерени 

дифференциальной лучевой скорости изображение Солнца раздваивают и модулируют пространственное положение разнопол ризованных спектральных компонент 2. При этом за счет подавлени  внутренних шумов спектрографа достигаетс  высока  чувствительность измерени  лучевых скоростей, недоступна  пока другим методам. Однако при этом стараютс  использовать немагниточувствительные спектральные линии дл  того, чтобы избежать погрешностей, вносимых расщеплением и пол ризацией последних в магнитном поле. Подавл ющее большинство спектральных линий солнечного спектра  вл ютс  магни- точувствительными (т.е. подвержены зффек- ту Зеемана). Из нескольких дес тков тыс ч набираетс  всего около сотни линий, не расщепл ющихс  в магнитном поле. Поэтому

VJ

4 (Л

i

со

не всегда в нужном участке спектра можно подобрать немагнитную линию, удовлетвор ющую наблюдател  (отсутствие бленд, симметричный контур, нужна  глубина образовани  и т.д.). Если этим способом измер ть дифференциальную скорость по магниточувствительной линии, то измерени  будут подвержены вли нию магнитного пол , так как форма и пол ризаци  результирующего контура такой линии вследствие расщеплени  сильно зависит от величины и направлени  магнитного пол . В итоге вынуждены ограничитьс  в измерени х дифференциальной лучевой скорости использованием немагнитных спектральных линий, что сужает возможности метода. Кроме того, отсутствие данных о магнитном поле снижает информационную ценность измерений дифференциальной лучевой скорости .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей метода.

Цель достигаетс  тем, что по способу измерени  дифференциальной лучевой скорости , основанному на пол ризационном раздвоении изображени , модул ции пространственного положени  спектральных компонент и фотоэлектрической регистрации колебаний интенсивности, дополнительно осуществл ют низкочастотную модул цию циркул рной пол ризации солнечного света. При этом в крыле магниточувст- вительной спектральной линии дополнительно регистрируют фазомодулиро- ваннуго составл ющую сигнала, по которой суд т о величине и знаке средней напр женности магнитного пол , регистрируют составл ющую с посто нной фазой, по которой суд т о дифференциальной лучевой скорости.

Цель достигаетс  также чем, что в устройство , содержащее пол ризационную призму, модул тор пространственного положени  спектральных компонент, спектрограф , последовательно соединенные фотоэлектрический фотометр, синхронный детектор сигнала дифференциальной скорости , задающий генератор, соединенный с модул тором, введены электрооптический модул тор циркул рной пол ризации солнечного излучени , оптически св занный с пол ризационной призмой и ориентированный так, что его индуцированные оси составл ют угол 45° с направлением раздвоени  лучей в пол ризационной призме , дополнительный синхронный детектор, переключатель фазы опорного сигнала и делитель частоты, при этом делитель низкой частоты соединен с входом электрооптического модул тора циркул рной пол ризации и с управл ющим входом переключател  фазы опорного сигнала, входы которого соединены с противофазными выходами задающего генератора, а выход - с управл ющим входом дополнительного синхронного детектора.

Способ осуществл ют следующим образом . Вследствие эффекта Зеемана в солнечном свете могут присутствовать лучи в левой и правой круговой пол ризацией. С помощью модул тора циркул рной пол ризации пол ризованные по кругу а-и

компоненты зеемановского расщеплени  спектральной линии превращают в ортогональные линейно-пол ризованные таким образом, чтобы их пол ризаци  совпала с направлением пол ризации раздвоенных

изображений. Частоту модул ции циркул рной пол ризации Q выбирают из услови 

- Q о) , где со - частота модул t

ции пространственного положени  спект- ральных компонент; т - посто нна  интегрировани  сигнала. При одной фазе модулирующего напр жени  частоты Q от элемента А через входную щель спектрографа проход т лучи а -компоненты, а от элемента В - а -компоненты. При другой

фазе от элемента А проход т лучи а -компоненты , соответственно от элемента В лучи а -компоненты. При этом регистри- руют в крыле магниточувствительиой линии колебани  интенсивности на частоте а). В общем случае (наличие пол  и дифференциальной скорости) сигнал на частоте ы содержит две составл ющие: Sv и SH, где Sv - сигнал дифференциальной скорости, его фаза не зависит от Ои св зана со знаком дифференциальной скорости; SH - сигнал, фаза которого периодически с частотой Q мен етс  на противоположную, а амплитуда про- порциональна величине средней напр женности магнитного пол  в элементах А и В.

При отсутствии магнитного пол . т.е.

при НА Нв 0, модул тор циркул рной пол ризации не оказывает никакого вли ни  на световой пучок, так как в этом случае он полностью непол ризован, и фазомоду- лирующа  составл юща  в сигнале отсутствует . Как в этом, так и во всех других случа х сигнал дифференциальной лучевой скорости образуетс  тем же путем, что и в прото- типе. Регистрацию SH осуществл ют, выдел   фазомодулирующую составл ющую сигнала на частоте ш , по знаку и амплитуде которой суд т о направлении и величине средней напр женности магнитного пол .

Регистрацию сигнала Sv осуществл ют, выдел   составл ющую сигнала ш с посто нной (не завис щей от Q) фазой. Если бы модул ци  циркул рной пол ризации отсутствовала , то отличить две составл ющие было бы невозможно, поскольку они были бы либо в фазе, либо в противофазе в зависимости от направлени  пол  и знака дифференциальной скорости.

Расщепление спектральной линии и ее пол ризаци  вли ли бы на измерени  диф- ференциальной скорости через искажение суммарного контура. В нашем случае мы имеем дело с отдельными ст-компонента- ми, контуры которых не искажены, а пол ризаци  преобразуетс  направленным образом.

На чертеже представлена схема устройства , реализующего предлагаемый способ, где 1 -электрооптический модул тор циркул рной пол ризации, 2 - пол ризационна  призма, 3 - входна  щель спектрографа, 4 - электрооптический модул тор пространственного положени  спектральных компонент , 5 - дифракционный спектрограф, 6 - фотоэлектрический фотометр, 7 - синхрон- ный детектор сигнала дифференциальной лучевой скорости, 8 - синхронный детектор сигнала магнитного пол , 9 - задающий генератор частоты, 10 - делитель частоты, 11 - переключатель фазы опорного сигнала,

Электрооптический модул тор 1 циркул рной пол ризации представл ет собой фазовый модул тор, выполненный на основе ДКДР, кристалла Z-среза, ориентирован- ный так, чтобы индуцированные оси составл ли угол 45° с направлением пол ризации лучей в призме 2, Пол ризационна  призма 2 дополнена четвертьволновой фазовой пластиной, превращающей линейную пол ризацию выход щих лучей в круго- вую. Электрооптический модул тор 4 пространственного положени  спектральных компонент электрически св зан с задающим генератором 9 частоты со , а модул тор 1 пол ризации соединен с дели- телем 10 частоты и управл етс  частотой

Q - , где п - коэффициент делени , При

выборе частота и Q исход т из следующих практическихтребований:дл  того.,чтобы из- бежать вли ни  высокочастотных составл ющих атмосферных нестабильностей, частота (О выбираетс  в интервале 1-3 кГц, обычно п 10. Форма управл ющих

сигналов пр моугольна , вида меандр. Амплитуда должна быть достаточной дл  создани  знакопеременного четвертьволнового фазового сдвига. Дл  ДКДР эта величина составл ет ± 1800 В В качестве делител  10 частоты можно использовать любое пересчетное устройство, дополнив его высоковольтным выходным каскадом.

Устройство работает следующим образом .

При подаче управл ющего сигнала частоты а) на модул тор 4 пространственного положени  и частоты Q на модул тор 1 циркул рной пол ризации при условии, что дифференциальна  скорость в элементах А. В не равна нулю, на выходе фотометра 6 по вл етс  сигнал на частоте (О . Его фаза определ етс  знаком дифференциальной скорости и не зависит от работы модул тора 1, Сигнал дифференциальной скорости Sv накапливаетс  и выдел етс  с помощью синхродетектора 7, на управл ющие входы которого подаетс  от генератора 9 опорный сигнал неизменной фазы. Этот же самый сигнал на синхродетекторе 8 дает нулевой

вклад за период-гл , так как через половину

периода опорный сигнал ча синхродетекторе 8 мен ет фазу на обратную при помощи переключател  11 фазы, При наличии в элементах А, В магнитного пол  в одну фазу напр жени  на модул торе 1 через входную

щель спектрографа проход т а -компонента от элемента А и о -компонента от элемента В. В другую фазу картина мен етс  на обратную. Это приводит к тому, что пол ризаци  спектральных компонент на входе спектрографа мен етс  на ортогональную , а следовательно, фаза сигнала на частоте со мен етс  на 180° в такт с работой модул тора 1. Этот сигнал, называемый фа- зомодулированным, на синхродетекторе 7

дает нулевой вклад за период -о , и напротив , копитс  синхродетектором 8, опорный сигнал которого мен ет фазу в такт с входным сигналом.

Таким образом, за счет привлечени  магниточувствительных линий к измерени м дифференциальной скорости увеличиваетс  диапазон возможностей метода.

Кроме того, с использованием насто щего предложени  удаетс  одновременно измерить дифференциальную лучевую скорость и напр женность магнитного пол . Поскольку при этом используетс  только одна спектральна  лини  и только один фотометр , то в измерени х отсутствуют погрешности, св занные с различием контуров спектральных линий и разной чувствительностью фотометров.

Claims (1)

1.Способ исследовани  атмосферы Солнца, включающий пол ризационное раздвоение изображени  Солнца, модул цию пространственного положени  спектральных линий, фотоэлектрическую регистрацию колебаний интенсивности в крыле спектральной линии, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности измерений и расширени  функциональных возможностей метода, дополнительно осуществл ют низкочастотную модул цию циркул рной пол ризации излучени  Солнца, при этом в крыше магниточувствительной спектральной линии регистрируют фазовомодули- рованную составл ющую сигнала, по которой суд т о величине и знаке средней напр женности магнитного пол  атмосфе- ры Солнца, регистрируют составл ющую с посто нной фазой, по которой суд т о дифференциальной лучевой скорости.

2,Устройство дл  исследовани  атмосферы Солнца, содержащее пол ризацион- ную призму, модул тор пространственного положени  спектральных компонент, спектрограф , последовательно соединенные фотоэлектрический фотометр, синхронный детектор сигнала дифференциальной скорости и задающий генератор, соединенный с модул тором, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений и расширени  функциональных возможностей , оно дополнительно содержит электрооптический модул тор циркул рной пол ризации излучени  Солнца, оптически св занный с пол ризационной призмой и ориентированный так, что его индуцированные оси составл ют 45° с направлением раздвоени  лучей в пол ризационной призме, дополнительный синхронный детектор, переключатель фазы опорного сигнала и делитель частоты, при этом выход делител  частоты соединен с входом электрооптического модул тора циркул рной пол ризации и с управл ющим входом переключател  фазы опорного сигнала, входы которого соединены с противофазными выходами задающего генератора , а выход - с управл ющим входом дополнительного синхронного детектора, при этом выход задающего генератора соединен с входом делител  частоты.