Способ измерения дифференциальной лучевой скорости в солнечной атмосфере

(51) М. Клб 01 1 3/06 Государствеииый комитет СССР Опубликовано 07,09.82. Бюллетень33Дата опубликования описания 07,09.82оо делам изобретеиий и открытий(72) Автор изобретения Н. И. Кобанов Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Сибирского отделения АН СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЪНОй ЛУЧЕВОЛ СКОРОСТИ В СО,ЛНЕЧНОЛ АТМОСФЕРЕ 1Изобретение 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 пара зитная модуляция интенсивности. Но этоусловие 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 вовращении стеклянного блока модулятора вызывают угловые смешения пучка света на колиматоре спектрографа и соответственные смещения спектра, что создает лож ный сигнал, неотличимый от истинного. Г 1 ридлиннофокусных 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, основанному на измерении допплеровского смешения фраунгоферовых линий, с использованием телескопа и спектрографа, световой пучок, образующий солнечное изображение, в фокальной плоскости телескопа делят на два пучка, каждый из которых поляризуют по кругу во взаимно противоположных направлениях, совмещают на входной щели спектрографа исследуемые детали изображения, производят пространственную модуляцио голученных на выходе спсктрографа спектральных компонент и по двум крыльям фраунгоферовой линги 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 поляризационнуо призму 1, фазовуо ахроматескую пластину 2, входную щель 3 спектрографа, электрооптический модулятор 4 поляризации, поляризацио ную призму 5. коллиматор 6, камерное зеркало 7, диагональное плоское зеркало 8, диагональное плоское зеркало 9, входную щель фотометра 10, фотометр 11, синхронный детектор , задающий генератор 13.Неполяризованные лучи света от точек А и В солнечного изображения в призме 1 разлагаются каждый а два луча с ортогональной линейной поляризацией. Призма 1 представляет собой пластину кальцита, вырезанную параллельно плоскости спайности. Один из линейно поляризованных лучей проходит через призму, не отклоняясь, другой испытывает преломление и смешается призмой на заданное расстояние. Далее лучи проходят через четвертьволновую пласоси которой состав;ют угол 45" с направлениями линейной поляризации лучей. По выходе из пластины 2 лучи будут поляризованы по левому и правому кругу соответственно. Через входную щель спектрографа 3 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 компонент 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 Ьу - расстояние между компонентами, обусловленное различием лучевых скоростей в исследуемых элементах изооражения; ЬХо -- амплитуда пространственной модуляции, обычно составляющая около полуширины спектральной линии; Явходная щель фотометра.5При одной фазе модулирующего сигналакомпоненты расходятся и через щель Я пройдет излучение интенсивностью 1 - Л 7 со+ + Ь,у при друой фазе компоненты смекаются навстречу друг другу и 12 - Ь) о -Л.у. Таким образом, за период моду О л 5 ции Л 1 - 1 - 12 - 2 Ь).у и на выходефотометра появится переменный сигнал, который далее демодулируется синхронным детектором 12.Э;ектрооптический модулятор поляризации работает, как переменная фазовая пластина: 1- и превращает круговую поляризацию в линейную. В качестве модулятора можно использовать кристаллы ВКВР с продольным электрооптическим эффекта) .Дгя лучей прошедпих модулятор направ пения линейной поляризации взаимно Ортогональны и меняются на противоположные синхронно с управляющим напряжением.Поля риза ционная призма в простейшем случае представляет собой такую же пластиг, 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 модуляторе через призму без отклонения проходит луч, имеющий правую круговую поля- ризацРю, а отклоняетс,уч поляризованной левоциркулярно, то при другой фазе напряжения картина меняется на обратную. Приз ма ориентируется так, чтобы направлениеотклонения лучей совпадало с направлением дисперсии спектрографа, а направления поляризации лучей в призме совпадали с направлением поляризации лучей, выходяцих из модулятора.40Если использовать для этой цели поляризационную призму, склеенную из двух пластин кальцита, взаимно ориентированных таким образом. что луч, являющийся обыкновенным в первой пластине, будет необык новенным во второй и наоборот, в такойпризме отклонение в противоположных направлениях будут испытывать оба луча.Предлагаемый способ обеспечивает повыпение чувствительности измерений более чем в 10 раз в сравнении с известным 50способом, а в сравнении с обычными методами, использующими компенсатор лучевой скорости солнечногоо магнитографа, выигрыш составляет более двух порядков.55Фор,ула изобретенияСпособ измерения дифференциальной лучевой скорости в солнечной атмосфере,957009 Йл ююЮл 7 Сос Техр Тира И Государс делам изо осква, Ж -Патент, авитель А. Качанов д А. Бойкасж 887 твенного комитета ретеннй и откры 35, Раушская на г. Ужгород, ул. Редактор С. ПатрушеваЗаказ 6583/28ВНИИП Корректор А. ДзяткоПодписноеСССР 113035,илиал ПП д. 4/Проектна основанный на измерении допплеровского смешения фраунгоферовых линий с использованием телескопа и спектрографа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, световой пучок, образующий солнечное изображение, в фо кальной плоскости телескопа делят на два пучка, каждый из которых поляризуют по кругу по взаимно противоположных направлениях, совмешают 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 1. Авторское свидетельство СССР754217, кл. б 01, 3/06, 1978.2. Ка 1 па 1 с А., Чазз 11 уе а б. Оп 1 Ье че 1 о- с 1 Ь 1 ед дЫг 1 Ьи 11 оп 1 п зоаг р 11 о 1 озр 11 еге Яоаг Р 1 уз 1 чз, 1971, ч. 16,1, р. 37.