Способ регистрации волновых движений вещества в атмосфере Солнца Советский патент 1984 года по МПК G01J4/04 

Изобретение относится к астрофизическим измерениям и может быть использовано для исследования параметров волновых движений на поверхности протяженных космических тел п измерению доплеровских смещений спектральных линий Исследования волновых процессов в атмосфере. Солнца основьгоаются ни высокочувствительных измерениях лучевой скорости. Известен способ регистрации глобальных колебаний Солнца с помощью ячейки резонансного рассеяния на парах натрия или калия lj . Обладая высокой чувствительность этот метод дает возможность осуществить измерения только в нескольких спектральных линиях. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, основанный на измерении дифференциальной лучевой скорости путем поляризационного раздвоения изображения Солнца на входе спектрографа и пространственной фильтрации. Этот способ позволяет осуществлять измерения дифференциальной лучевой скорос ти практически в любой спектральной линии с высокой чувствительностью около 0,2-0,3 м/с 2 . Недостатком указанного способа является плохая селективность его по отношению к некоторым пространственным волнам в связи с тем,что при измерении дифференциальной лучевой скорости двух элементов солнечной поверхности для волны, длина которой точно совпадает с расстоякием между этими элементами, сигнал всегда равен нулю, а для волны, длина которой в два раза превышает .эту величину, сигнал максимален. Ситуация аналогична и для более коротких волн кратных рассмотренным вьппе. Исследования 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 случаях требует высокой селективности измерений по отношению к пространственной длине волны. Цель изобретения - повьш1ение се лективности измерений к пространст венным волнам. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регистрации волновых движений вещества в солнечной атмосфере, основанному на измерении дифференциальной лучевой скорости путем поляризационного раздвоения изображения Солнца на входе спектрографа и п}зостранственной фильтрации с помощью фильтра, содержащего прозрачные и непрозрачные участки, смещают разнополяризованные изображения друг относительно друга в направлении, перпендикуляр-. ном дисперсии спектрографа при максимально возможной высоте входной щели на величину 1, , связанную с параметрами пространственного фильтра следующими соотношениями: 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 меняют масштаб изображения Солнца на входе спектрографа, На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Схема включает поляризационную призму 1, 71/4 фазовую пластину 2, пространственньй фильтр 3, входную щель спектрографа 4, электрооптический модулятор 5 пространственного положения спектральных компонент, спектрограф 6, выходную щель спектрографа 7, линзу поля 8, одноэлемент.ный фотоприемник 9. Способ осуществляется следующим образом. С помощью призмы 1 участок солнечного изображения раздваивают, поляризуют линейно и, поворачивая призму 1, добиваются, чтобы направление относительно смещения разнополяризованных лучей было перпендикулярно направлению дисперсии спектрографа, превьш1ают линейную поляризацию лучей в круговую и пропускают свет через пространственный фильтр 3 и входную

3

щель 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 фотоприем- ник- 9 и регистрируют колебания интенсивности суммарного светового потока. Фазовая Л/4 пластина 2 служит для превращения линейной поляризации лучей в круговую, что облегчает сопряжение (в смысле ориентации, кристаллографических осей) с электрооптическим модулятором 5. Пространственный фильтр 3 выполнен на стекле фотоспособом в виде поозрачных полос, разделенных непрозрач- ;ными промежутками. Максимальная высота входной щели- 4 определяется прежде всего размерами линейной апертуры электрооптического модулятора 5 и отсутствием виньетирования пучков на элементах спектрографа 6. Для того, чтобы осуществить перестройку селективности по длине пространственной волны, масштаб изображения на входе спектрографа изменяют Это удобнее и быстрее, чем вьтолнять перестройку изменением величины 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 Х 2L, где L - величина относительного смещения разнополяризованных 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 сохраняется для всех М прозрачных окон фиг, 3 а,ff изображает для этого случая положение спектральных компонент на выходной щели спектрографа при различных фазах напряженияна электрооптическом модуляторе 5. В рассмотренном примере колебания интенсивности светового потока, происходящие при пространственной модуля.ции спектральных компонент, совпадают по фазе по всей высоте выходной щели 7 для одной, вполне определенной пространственной волны и могут

241834

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

10 расстоянием между компонентами и мало зависит от положения щели (пока .щель находится между минимумами компонент), то влияние этих неоднородностей в сигнале не проявляется. Из-(

15 меряемый сигнал 5 при таком методе регистрации в общем виде описывается следзпощей формулой:

5 (.,гЧ,)

I rV I П1

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

2L

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

но равны г- Т Т наземных условиях 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 разрешаются уже самим телескопом, поэтому их вкладом в сигнал можно пренебречь и

следует стремиться к полному подавлео

нию ближайшей гармоники Х - , длят

2 чего следует выбрать Р ТЦ О.ббЬ

Подставив в формулу для сигнала 5

2Li значения - Р 0,66L. получаем

нуль. Если же пространственное раз121

-у- , одной

решение телескопа выше чем

из трех ближайших нечетных гармоник пренебречь нельзя, для выбора оптимального значения Р необходимо мини мизировать напряжение le,.|i.t1 а-« 31ГР ув,п которое представляет отношение суммы сигналов гармоник к сиггшу основной A Величина этого отношения минимальна (,06) и изменяется 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 для 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 порядок. Поскольку каждой точке волны, свет от которой попадает в спектрограф, соответствуют два луча, проходящие по одному и тому же оптическому пути, то все инструментальные шумы спектрографа полностью компенсируются, т.е. метод остается дифференциальным. Что же касается чувствительности измерений, то она возрастает в Ш раз в сравнении ; прототипом за счет интегрирования световрго потока от М элементов . Например для М 9 сигнал / шум в 3 раза вьте , чем в прототипео

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: 1 L ( Р N ). Р

tpi/g.f

т-

фи1.г