(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛБНОЙ ЛУЧЕВОЙ СКОРОСТИ В СОЛНЕЧНОЙ АТМОСФЕРЕ
1
Изобретение относится к астрофизическим измерениям и предназначено для высокочувствительных измерений дифференциальной лучевой скорости самосветящихся протяженных объектов, например Солнца.
Известен способ измерения дифферен- 5 циальной лучевой скорости р солнечной атмосфере 1.
Недостатком известного способа является ограниченное число спектральных линий, пригодных для измерений.,Q
Наиболее близким техническим решением является способ из.мерения дифференциальной лучевой скорости в солнечной атмосфере, основанный на измерении допплеровского смещения фраунгоферовых линий с использованием спектрографа 2.15
Недостатком известного способа является невысокая чувствительность измерений.
Это связано с тем, что согласно данному способу на вход спектрографа при пЬмощи механического модулятора поочередно на- 2о правляют 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 паразитная модуляция интенсивности. Но это условие 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 во вращении стеклянного блока модулятора вызывают угловые смещения пучка света на колиматоре спектрографа и соответственные смещения спектра, что создает ложный сигнал, неотличимый от истинного. При длиннофокусных 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 смещения 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 модуляцию полученных на выходе спектрографа спектра-льных компонент и по двум крыльям фраунгоферовой линии регистрируют изменение интенсивности на частоте модуляции, по которому определяют дифференциальную лучевую скорость.
На фиг. 1 изображен пример схемы устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - схемы, иллюстрирующая образование сигнала.
Устройство включает поляризационную призму 1, фазовую ахроматическую пластину 2, входную щель 3 спектрографа, электрооптический модулятор 4 юляризации, поляризационную призму 5. коллиматор б, камерное зеркало 7, диагональное плоское зеркало 8, диагональное плоское зеркало 9, входную Н1,ель фотометра 10, фотометр 11, синхр01 ный детектор 12, задаюнхий генератор 13.
Неполяризованные лучи света от точек А и В солнечного изобрахления в призме 1 разлагаются каждый ма два луча с ортогональной линейной поляризацией. Призма 1 представляет собой гчластину кальцита, вырезанную параллельно плоскости спайности. Один из линейно поляризованных лучей проходит через нризму, не отклоняясь, другой исщз1тывает прело.млет.е и смещается призмой на заданное расстояние. Далее лучи проходят через четвертьволновую пласгину 2, оси которой составляют угол 45° с направлениями линейной поляризации лучей. По выходе из пластины 2 лучи будут
поляризованы по левому и ираво.му 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 ДДу - расстояние между компонентами, обусловленное различием лучевых скоростей в исследуемых элементах
изображения; ДХр- амплитуда пространственной модуляции, обычно составляющая около полущирины спектральной линии; S -входная щель фотометра.
При одной фазе модулирующего сигнала компоненты расходятся и через щель S пройдет излучение интенсивностью 1 + Ajly при другой фазе компоненты смеп аются навстречу друг другу к 2-
U/LV. Таким образо.м, за период модуляции AI 1 - и на выходе фотометра появится переменный сигнал, который далее де.модулируется синхронны.м детектором 12.
Электрооптический модулятор поляризации работает, как неременная фазовая пластина :±-4- и превращает круговую поляризацию в линейную. (В качестве модулятора можно использовать кристаллы DKDP с продольным электрооптическим эффектом). Д;|я лучей прощедщих модулятор направления линейной поляризации взаимно ортогональны и меняются на противоположные ciiHxpOHHO с управляющи.м напряжением. По:1яризационная призма в простейщем случае представляет собой такую же пластину ка,г1ьцита, как и приз.ма 1 на фиг. 1. Эта призма один из поляризованных лучей отклоняет, а другой пропускает без отклонения. Поскольку поляризация лучей .меняется, T(j в соответствии с эти.м меняется и их пространственное положение, напри.мер, если при одной ф.азе напряжения на модуляторе через нризму без отклонения проходит луч, имеющий правую круговую поляризацию, а отклоняется луч гюляризованной левоциркулярно, то при другой фазе напряжения картина меняется на обратную. Приз.ма ориентируется так, чтобы направление отклонении лучей совпадало с направлением дисперсии спектрографа, а направления поляризации лучей в призме совпадали с направлением поляризации лучей, выходящих из .модулятора.
Если использовать для этой цели поляризационную призму, склеенную из двух пластин кальцита, взаимно ориентированных таким образом, что луч, являющийся обыкновенным в первой пластине, будет необыкновенны.м во второй и наоборот, в такой нризме отклонение в противоположных направлениях будут испытывать оба луча.
Предлагае.мый способ обеспечивает повышение чувствительности измерений более чем в 10 раз в сравнении с извеетным способом, а в сравнении с обычными методами, использующими компенсатор лучевой скорости солнечногоо магнитографа, выигрыш составляет более двух порядков.
Формула изобретения
Способ измерения дифференциальной .Пчевой скорости в солнечной ат.мосфере.
основанный на измерении допплеровского смещения фраунгоферовых линий с использованием телескопа и спектрографа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, световой пучок, образующий солнечное изображение, в фокальной плоскости телескопа делят на два пучка, каждый из которых поляризуют по кругу по взаимно противоположных направлениях, совмещают на входной щели спектрографа исследуемые детали изображения, модулируют пространственное расположение полученных на выходе спектрографа спект /77 me/feC/fO/70
ральных 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 СССР№ 754217, кл. G 01 J 3/06, 1978
2 Kalinjak А., Vassilyeva G. On the velocity tield dlstribцtioh in solar photosphere Solar Physigs, 1971, v. 16, № 1, p 37.
