Способ регистрации волновых движений вещества в атмосфере солнца

(22 (46 (72 (71 1 з 42 ститут земного магы и распространенияССР ети(54) (57) 1. СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ВОЛНОВЫХ ДВИЖЕНИИ ВЕЩЕСТВА В АТМОСФЕРЕСОЛНЦА, основанный на измерении дифференциальной лучевой скорости путемполяриэационного раздвоения иэображения Солнца на входе спектрографаи пространственной Фильтрации с помощью Фильтра, содержащего прозрачные и непрозрачные участки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности путем улучшения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ АВТОРСКОМУ С 3577868/24-215.04.8315.11.84. БюлН.И.КобановСибирский инма, ионосферволн СО АН С(53) 535. 411 (088. 8) (56) 1. Вгоо 1 сез Л. ей а Яосез Коуа 1 Аз 1 гопош 3.1978, 185, 1-17.2. Авторское свипетел У 957009, кл. б 01 Х 3/ селективности измерений к пространственным волнам, смещают разнополяризованные изображения друг относительнодруга в направлении, перпендикулярном дисперсии спектрографа при максимально возможной высоте входнойщели на величину 4 ,связанную спараметрами Фильтра следующими соот"ношениями: где 8 - ширина прозрачного участкаФильтра,М - ширина непрозрачного участкаЛ при этом на выходе спектрографа одно- элементным Фотоприемником регистрируют суммарный световой поток по всей высоте выходной щели.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью перестройки селективности по пространственным волнам, меняют масштаб изображения Солнца на входе спектрограФа.1 11Изобретение относится к астрофизическим измерениям и может бытьиспользовано для исследования параметров волновьм движений на поверхности протяженных космических тел поизмерению доплеровских смещенийспектральных линий.Исследования волновых процессовв атмосфере Солнца основываются навысокочувствительных измерениях лучевой скорости. Известен способрегистрации глобальных колебанийСолнца с помощью ячейки резонансного рассеяния на парах натрия иликалия 1 Д,Обладая высокой чувствительностью,этот метод дает возможность осуществить измерения только в несколькихспектральных линиях,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ,основанный на измерении дифференциальной лучевой скорости путем поляризационного раздвоения изображенияСолнца на входе спектрографа и пространственной фильтрации. Зтот способ позволяет осуществлять измерения дифференциальной лучевой скорости практически в любой спектральнойлинии с высокой чувствительностьюоколо 0,2-0,3 м/с 2 .Недостатком указанного способаявляется плохая селективность егопо отношению к некоторым пространственным волнам в связи с тем,чтопри измерении дифференциальной лучевой скорости двух элементов солнечной поверхности для волны, длинакоторой точно совпадает с расстоянием между этими элементами, сигналвсегда равен нулю, а для волны,длина которой в два раза превышает,эту величину, сигнал максимален.Ситуация аналогична и для более коротких волн кратных рассмотреннымвышее. Исследования последних лет по-.казали, что на поверхности Солнцасуществует несколько типов волн сбольшим набором пространственныкпериодов, поэтому детальное исследование волновых движений во многихслучаяхтребует высокой селективности измерений по отношению к пространственной длине волны.Цель изобретения - повышение селективности измерений к пространственным волнам.24183 Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу регистрации волновых движений вещества всолнечной атмосфере, основанному наизмерении дифференциальной лучевойскорости путем поляризационногораздвоения изображения Солнца на входе спектрографа и пространственнойфильтрации с помощью фильтра, со О держащего прозрачные и непрозрачныеучастки, смещают разнополяризованные изображения .друг относительнодруга в направлении, перпендикулярном дисперсии спектрографа при максимально возможной высоте входнойщели на величину, связанную с параметрами пространственного фильтраследующими соотношениями: 25 ю - -р+ х) Р 12Э=(0,46-0, 74) Ь,где Г - ширина прозрачного участкаФильтра,Й - ширина непрозрачных промежутков,а на выходе спектрографа регистрируют одноэлементным фотоприемникомсуммарный световой поток по всейЗО высоте выходной цели.Кроме того, с целью перестройкиселективности по пространственнымволнам меняют масштаб изображенияСолнца на входе спектрографа.З 5 На Лиг. 1 представлена схемаустройства, реализующего предлагаемыйспособ.Схема включает поляризационнуюпризму 1,/4 фазовую пластину 2,4 О пространственный фильтр 3, входнующель спектрографа 4, злектрооптический модулятор 5 пространственногоположения спектральных компонент,спектрограф 6, выходную щель спектро 45 графа 7, линзу поля 8, одноэлемент.ный фотоприемник 9,т.Способ осуществляется следующимобразом.С помощью призмы 1 участок солнеч 5 О ного изображения раздвайвают, поляризуют линейно и, поворачивая призму1, добиваются, чтобы направлениеотносительно смещения разнополяризованных лучей было перпендикулярнонаправлению дисперсии спектрографа,превышают линейную поляризацию лучейв круговую и пропускают свет черезпространственный фильтр 3 и входную11243щель спектрографа 4, Далее электро- ,оптическим модулятором 5 производят пространственную модуляцию спектральных компонент, с помощью линзы поля 8 световой поток, прошедший выходную щель 7 по всей ее высоте, направляют на одноэлементный фотоприемник 9 и регистрируют колебания интенсивности суммарного светового потока. Фазовая /4 пластина 2 слу О жит для превращения линейной поляризации лучей в круговую, что облегчает сопряжение (в смысле ориентации. кристаллографических осей) с электрооптическим модулятором 5. Прост ранственный фильтр 3 выполнен на стекле фотоспособом в виде поозрачных полос, разделенных непрозрач:ными промежутками. Максимальная высота входной цели 4 определяется 20 прежде всего размерами линейной апертуры электрооптического модулятора 5 и отсутствием виньетирования пучков на элементах спектрографа 6.,Для того, чтобы осуществить пере стройку селективности по длине про-. странственной волны, масштаб изображения на входе спектрографа изменяют. Это удобнее.и быстрее, чем выполнять перестройку изменением величи ны относительного смещения разнополяризованных изображений и одновременной заменой пространственного фильтра.Из фиг. 2 видно, что вдоль направления входной щели оптимальные условия фильтрации будут для волны, длина которой Ъ = 2, где - величина относительного смещения разно- поляризованных изображений. В этом ,40 случае в каждое из прозрачньм окон фильтра 3 одновременно проходит свет от двух волн периодических структур(исходной и ее двойника), сдвинутого на 9/2, причем фаза этих волн сохра няется для всех И прозрачных окон 1 фиг. 3 а, о изображает для этого случая положение спектральных компонент на выходной щели спектрографа при различных фазах напряженияна 50 электрооптическом модуляторе 5, В раСсмотренном примере колебания интенсивности светового потока, происходящие при пространственной модуляции спектральных компонент, совпада ют по фазе по всей высоте выходной щели 7 для одной, вполне определенной пространственной волны и могут 183 4быть зарегистрированы совместно с помощью линзы поля 8 и ФЭУ 9, На фиг. 3 а,0 показаны также смещения компонент в трех отличающихся высотой точках спектра из-за вертикальных неоднородностей воздушной массы в спектрографе. Поскольку световой поток, пропускаемый щелью 7 в любой из моментов, определяется только расстоянием между компонентами и мало зависит от положения гели (пока .щель находится между минимумами ком" понент), то влияние этих неоднород" ностей в сигнале не проявляется. Из меряемый сигнал 5 при таком методе регистрации в общем виде описывается следующей формулой:с;,Рф 2 М ябф - зп - , (-) зо- ЬИ.Ь,РфШирина прозрачных окон фильтра Рвыбирается от 0,46до 0,74 о изсоображений оптимального подавлениятрех ближайших нечетньм коротковолновьм гармоник 3 = - %2 - 7 щ21- и на практике зависитот конк 7ретной задачи и условий наблюдения,Так, если нужно зарегистрировать колебания с длиной пространственнойволны= 2 = 8 ( для обозначенияразмеров на Солнце 9 бычно используют угловые секунды)то при ближайших нечетных гармоники соответствен 8" 8но равны -- в . В наземных ус-357ловиях большинство солнечных телескопов в течение основного наблюдательного времени имеет пространственноеразрешение не лучше 2-3. Ясно, что8"пространственные волны с8Ъ 1- в этом случае не разрешают 7ся уже самим телескопом, поэтому их вкладом в сигнал можно пренебречь и следует стремиться к полному подавле 8" нию ближайшей гармоники Ъ- , для3 чего следует выбрать Р-Ф 0 ба3 ф Подставив в формулу для сигнала 52 Ьзначения- Р0 66 Ь,получаем3 У ) нуль. Если же пространственное разрешение телескопа выше чемодной:2 Ь7 э из трех ближайших нечетных гармоник1 Р 1, 5 ФР 17 ФР 5 + -Ьй - + - Чьей 5 2 7 2 ЯРвляет отношение суммы ик к сигг лу основной М отношения минимальна няется очень слабо в = 0,46 Ь до Р = ленное в первом при= 0,66 также попаервал. Графическое исимости для 5 при редставленный на фиг. выполнены на ЭВМ),которое предста сигналов гармон Величина этого ("0,06) и изме диапазоне от Р д 0,741,. Опреде . иере значение Р дает в этот инт изображение зав И=12 имеет вид,п расчеты кривой 5 11241 пренебречь нельзя, для выбора оптимального значения Р необходимо минимизировать напряжение 83Селективные возможности способа по ширине главного максимума, соответствующего Ър = 2, в сравнении с прототипом возросли примерно на порядок. Поскольку каждой точке волны, свет от которой попадает в спектрограф, соответствуют два луча, проходяшие по одному и тому же .оптическому пути, то все инструментальные шумы спектрографа полностью компен,сируются, т.е. метод остается дифференциальным. Что же касается чувствительности измерений, то она возрастает в ГМ раз в сравнениипрототипом за счет интегрирования светового потока от М элементой . Например для М = 9 сигнал / шум в 3 раза выше , чем в прототипе.уцИЩщ Заказ 8270 Фапиаи ППП фПатвитТ 822 Пщюр я,П