[發明專利]一種基于可調諧濾光器成像觀測的太陽大氣視向速度場測量方法

有效

• 申請號: 201810207771.6
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108490214B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 饒長輝;王佳;劉洋毅
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01S17/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于可調諧濾光器成像觀測的太陽大氣視向速度場測量方法，該方法主要針對太陽大氣非速度因素引起的譜線局部強度變化對速度場測量的影響，在進行譜線線心計算時考慮了偏帶發射或吸收特征以及偶然誤差等因素對譜線輪廓特別是對稱性的影響，使用判據對存在發射或者吸收特征的偏帶點進行篩選和修正，能夠有效剔除太陽大氣局部譜線發射或吸收現象對傳統質心算法的影響，從而獲得更加準確得到譜線偏移量測量結果。本發明在傳統的可調諧濾光器和質心算法的基礎上，有效去除了太陽大氣局部譜線發射、吸收現象對測量結果的影響，使得速度場測量更加準確可靠。本發明算法簡單，不增加原有測量系統復雜性，實用性與創新性明顯。

技術領域

本發明屬于太陽成像觀測技術領域，具體涉及太陽大氣多偏帶成像觀測、太陽大氣物質運動多普勒效應分析，是一種通過太陽大氣特征譜線波段的可調諧濾光器多偏帶成像觀測裝置，利用多普勒效應反演色球層物質視向運動速度的方法。

背景技術

太陽風暴將引發災害性的空間天氣事件，而太陽活動則是太陽風暴的源頭。密切監測太陽活動、對劇烈太陽活動進行有效預報是減少太陽活動造成的損失的主要途徑，而對太陽活動的監測與預報都有賴于多維度、長時間、高分辨、高精度的太陽觀測。太陽的主要活動大多會在太陽大氣層引起相應現象、造成太陽大氣物質產生劇烈運動，對太陽大氣物質運動形態進行觀測可以監測太陽活動、并為太陽活動預報提供物理理論研究數據和新的活動預報因子，是太陽觀測的重要內容之一，對太陽活動預報及空間天氣預報具有重要意義。另外，太陽是距離地球最近的一顆恒星，研究太陽是我們深入了解宇宙等離子體的運動、輻射、演化，以及諸如高能粒子加速、核反應等重要過程的重要途徑，色球層物質運動的研究為理論研究提供了重要依據。

測量物質的視向運動主要應用多普勒效應。觀測者接收到的物體輻射波長會因為波源和觀測者的相對運動而產生變化，物體朝向觀測者運動時，波被壓縮，波長變短，頻率變高，反之亦然。所以通過物體頻率的變化亦即波長的變化可反演出物體的運動速度。通過測量太陽大氣典型輻射譜線線心的偏移可以反演得到太陽大氣物質相對于觀測者的視向運動速度。

目前，能夠獲得太陽大氣物質視向運動速度的設備主要有：西班牙特內里費島的色球望遠鏡(ChroTel)、日本Hida天文臺的太陽動力學多普勒成像儀(SDDI)以及中國科學院武漢物理及數學研究所的雙通道原子濾光全日面太陽成像儀。Chrotel利用He I 10830波段lyot濾光器范圍內的5個波長位置非等波長間距偏帶成像觀測數據，通過直接計算光強曲線質心對應的波長偏移量，以這個偏移量作為光譜輪廓偏移后的線心位置，來反演多普勒視向速度。濾光器帶寬為帶寬大于He I的譜線寬度，紅藍兩翼四個偏帶位置也偏離譜線中心較遠，偏帶范圍內還有其它吸收線，這些都使得該設備對較低的多普勒視向速度響應不靈敏且測量結果有較大誤差。而且太陽活動區域的色球層譜線會產生譜線的發射和吸收等譜線變化，引起5個偏帶觀測光強的不對稱性，這樣的不對稱性會對計算的多普勒偏移有所貢獻，用直接的質心計算方法獲得多普勒速度時會引入較大誤差，導致該方法對活動區速度測量準確度降低。SDDI利用Hɑ波段lyot濾光器范圍內73個波長位置的等間距偏帶成像來觀測耀斑和暗條爆發時的動力學過程，濾光器帶寬為小于Hɑ譜線寬度，偏帶間隔小，光譜覆蓋范圍寬，主要用于高速的爆發性太陽活動的動力學觀測。但SDDI目前只能通過幾個選定的偏帶觀測結果對比分析及光強差分圖，是一種用對稱偏帶位置的光強不對稱性來定性獲得爆發物質相對運動速度的方法，沒有進行定量的計算和分析，得到的太陽物質視向運動速度較為粗略。雙通道原子濾光全日面太陽成像儀同樣利用Na譜線對稱紅藍翼偏帶觀測的光強不對稱性來反演全日面多普勒運動速度，該方法受限制于原子濾光器透過率低、Na譜線窄的局限，以及較大的系統誤差，僅能實現全日面自轉運動的定性觀測，無法獲得較準確的表面物質運動信息。

總之，現有的速度場測量方法在利用多偏帶掃描觀測采樣獲區輪廓進行速度場反演時，沒有考慮活動區譜線偏帶的發射或吸收造成的譜線變化對線心偏移計算及速度計算結果的影響，速度反演結果誤差較大。

發明內容