SU1124183A1 - Способ регистрации волновых движений вещества в атмосфере Солнца - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ВОЛНОВЫХ ДВИЖЕНИЙ ВЕЩЕСТВА В АТМОСФЕРЕ СОЛНЦА, основанный на измерении дифференциальной лучевой скорости путем пол ризационного раздвоени  изображени  Солнца на входе спектрографа и пространственной фильтрации с помощью фильтра, содержащего прозрачные и непрозрачные участки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности путем улучшени  селективности измерений к пространственным волнам, смещают разнопол ризованные изображени  друг относительно друга в направлении, перпендикул рном дисперсии спектрографа при максимально возможной высоте входной щели на величину L ,св занную с параметрами фильтра следующими соотношени ми: 1 L ( Р N ). Р

Description

Изобретение относитс  к астрофизическим измерени м и может быть использовано дл  исследовани  параметров волновых движений на поверхности прот женных космических тел п измерению доплеровских смещений спектральных линий Исследовани  волновых процессов в атмосфере. Солнца основьгоаютс  ни высокочувствительных измерени х лучевой скорости. Известен способ регистрации глобальных колебаний Солнца с помощью  чейки резонансного рассе ни  на парах натри  или кали  lj . Облада  высокой чувствительность этот метод дает возможность осуществить измерени  только в нескольких спектральных лини х. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ, основанный на измерении дифференциальной лучевой скорости путем пол ризационного раздвоени  изображени  Солнца на входе спектрографа и пространственной фильтрации. Этот способ позвол ет осуществл ть измерени  дифференциальной лучевой скорос ти практически в любой спектральной линии с высокой чувствительностью около 0,2-0,3 м/с 2 . Недостатком указанного способа  вл етс  плоха  селективность его по отношению к некоторым пространственным волнам в св зи с тем,что при измерении дифференциальной лучевой скорости двух элементов солнечной поверхности дл  волны, длина которой точно совпадает с рассто кием между этими элементами, сигнал всегда равен нулю, а дл  волны, длина которой в два раза превышает .эту величину, сигнал максимален. Ситуаци  аналогична и дл  более коротких волн кратных рассмотренным вьппе. Исследовани  последних лет по казали, что на поверхности Солнца существует несколько типов волн с большим набором пространственных периодов, поэтому детальное исследо вание волновых движений во многих случа х требует высокой селективности измерений по отношению к пространственной длине волны. Цель изобретени  - повьш1ение се лективности измерений к пространст венным волнам. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу регистрации волновых движений вещества в солнечной атмосфере, основанному на измерении дифференциальной лучевой скорости путем пол ризационного раздвоени  изображени  Солнца на входе спектрографа и п}зостранственной фильтрации с помощью фильтра, содержащего прозрачные и непрозрачные участки, смещают разнопол ризованные изображени  друг относительно друга в направлении, перпендикул р-. ном дисперсии спектрографа при максимально возможной высоте входной щели на величину 1, , св занную с параметрами пространственного фильтра следующими соотношени ми: L ( Р + N ), Р (0,46-0,74)L, где Р - Ширина прозрачного участка фильтра, К - ширина непрозрачных промежутков , а на выходе спектрографа регистрируют одноэлементным фотоприемником суммарный световой поток по всей высоте выходной . Кроме того, с целью перестройки селективности по пространственным волнам мен ют масштаб изображени  Солнца на входе спектрографа, На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Схема включает пол ризационную призму 1, 71/4 фазовую пластину 2, пространственньй фильтр 3, входную щель спектрографа 4, электрооптический модул тор 5 пространственного положени  спектральных компонент, спектрограф 6, выходную щель спектрографа 7, линзу пол  8, одноэлемент .ный фотоприемник 9. Способ осуществл етс  следующим образом. С помощью призмы 1 участок солнечного изображени  раздваивают, пол ризуют линейно и, поворачива  призму 1, добиваютс , чтобы направление относительно смещени  разнопол ризованных лучей было перпендикул рно направлению дисперсии спектрографа, превьш1ают линейную пол ризацию лучей в круговую и пропускают свет через пространственный фильтр 3 и входную

3

щель спектрографа 4, Далее электро .оптическим модул тором 5 производ т пространственную модул цию спектральных компонент, с помощью линзы пол  8 световой поток, прошедший выходную щель 7 по всей ее высоте, направл ют на одноэлементный фотоприем- ник- 9 и регистрируют колебани  интенсивности суммарного светового потока. Фазова  Л/4 пластина 2 служит дл  превращени  линейной пол ризации лучей в круговую, что облегчает сопр жение (в смысле ориентации, кристаллографических осей) с электрооптическим модул тором 5. Пространственный фильтр 3 выполнен на стекле фотоспособом в виде поозрачных полос, разделенных непрозрач- ;ными промежутками. Максимальна  высота входной щели- 4 определ етс  прежде всего размерами линейной апертуры электрооптического модул тора 5 и отсутствием виньетировани  пучков на элементах спектрографа 6. Дл  того, чтобы осуществить перестройку селективности по длине пространственной волны, масштаб изображени  на входе спектрографа измен ют Это удобнее и быстрее, чем вьтолн ть перестройку изменением величины относительного смещени  разнопол ризованных изображений и одновременной заменой пространственного фильтра.

Из фиг. 2 видно, что вдоль направлени  входной щели оптимальные услови  фильтрации будут дл  волны, длина которой Х 2L, где L - величина относительного смещени  разнопол ризованных изображений, В этом случае в каждое из прозрачных окон фильтра 3 одновременно проходит све от двух волн периодических структур (исходной и ее двойника), сдвинутого на , причем фаза этих волн сохран етс  дл  всех М прозрачных окон фиг, 3 а,ff изображает дл  этого случа  положение спектральных компонент на выходной щели спектрографа при различных фазах напр жени на электрооптическом модул торе 5. В рассмотренном примере колебани  интенсивности светового потока, происход щие при пространственной модул .ции спектральных компонент, совпадают по фазе по всей высоте выходной щели 7 дл  одной, вполне определенной пространственной волны и могут

241834

быть зарегистрированы совместно с помощью линзы пол  8 и ФЭУ 9, На фиг. 3 а,S показаны также смещени  компонент в трех отличающихс  высо5 той точках спектра из-за вертикальных неоднородностей воздущной массы в спектрографе. Поскольку световой поток, пропускаемый щелью 7 в любой из моментов, определ етс  только .

10 рассто нием между компонентами и мало зависит от положени  щели (пока .щель находитс  между минимумами компонент ), то вли ние этих неоднородностей в сигнале не про вл етс . Из-(

15 мер емый сигнал 5 при таком методе регистрации в общем виде описываетс  следзпощей формулой:

5 (.,гЧ,)

I rV I П1

Ширина прозрачных окон фильтра Р выбираетс  от 0,46L до 0,74 L из соображений оптимального подавлени  трех ближайших нечетньк коротков.олно ых гармоник А, , Дг S

2L

-, и на практике зависит от конкретной задачи и условий наблюдени . Так, если нужно зарегистрировать колебани  с длиной пространственной волны Лд ( да обозначени  размеров на Солнце обычно используют угловые секунды)то при ближайших нечетных гармоники соответственоН о oil

но равны г- Т Т наземных услови х большинство солнечных телескопов в течение основного наблюдательного времени имеет пространственное разрешение не лучше 2-3, Ясно, что

8 пространственные волны с

к

-т

В Э.ТОМ случае не разрешаютс  уже самим телескопом, поэтому их вкладом в сигнал можно пренебречь и

следует стремитьс  к полному подавлео

нию ближайшей гармоники Х - , дл т

2 чего следует выбрать Р ТЦ О.ббЬ

Подставив в формулу дл  сигнала 5

2Li значени  - Р 0,66L. получаем

нуль. Если же пространственное раз121

-у- , одной

решение телескопа выше чем

из трех ближайших нечетных гармоник пренебречь нельз , дл  выбора оптимального значени  Р необходимо мини мизировать напр жение le,.|i.t1 а-« 31ГР ув,п которое представл ет отношение суммы сигналов гармоник к сиггшу основной A Величина этого отношени  минимальна ( ,06) и измен етс  очень слабо в диапазоне от Р 0,46 L до Р 0,74L. Определенное в первом примере значение Р 0,661 также попадает в этот интервал. Графическое изоб 5ажение зависимости дл  5 при имеет вид,представленный на фиг, Iрасчеты кривой выполнены на ЭВМ) Селективные возможности способа по ширине главного максимума, соответствующего ti 21, в сравнении с прототипом возросли примерно на пор док . Поскольку каждой точке волны, свет от которой попадает в спектрограф , соответствуют два луча, проход щие по одному и тому же оптическому пути, то все инструментальные шумы спектрографа полностью компенсируютс , т.е. метод остаетс  дифференциальным . Что же касаетс  чувствительности измерений, то она возрастает в Ш раз в сравнении ; прототипом за счет интегрировани  световрго потока от М элементов . Например дл  М 9 сигнал / шум в 3 раза вьте , чем в прототипео

tpi/g.f

т-

фи1.г

Claims (2)

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:

L = Р + N ), Р = =(0,46-0,74)L, где Р - ширина прозрачного участка фильтра',

М - ширина непрозрачного участка^ § при этом на выходе спектрографа одно-’ элементным фотоприемником регистрируют суммарный световой поток по всей высоте выходной щели.

2. Способ по π. 1, о т л и чающий с я тем, что, с целью перестройки селективности по пространственным волнам, меняют масштаб Изображения Солнца на входе спектрографа.