Solar telescopes

• 1 Bevezetés
• 2 legjobb helyek
• 3 meglévő távcsövek
• 4 Következő generációs napteleszkópok
• 5 műszerek
  • 5.1 adaptív optika
  • 5,2 Szűrőgráfok
  • 5,3 spektroszkópiai műszerek
• 6 bibliográfia
• 7 Külső linkek
  • 7.1 obszervatóriumok

Bevezetés

a Napteleszkópok ugyanazon konstrukciós elveken alapulnak, mint az éjszakai műszerek, de a napmegfigyelések speciális távcsöveket és műszereket igényelnek, mivel ellenállniuk kell a nap hőbevitelének, miközben fenntartják nagy felbontásukat térbeli, spektrális és időbeli dimenziókban. A napsugárzás felmelegíti a talajt, turbulens levegő réteget okozva, ami viszont rontja a képminőséget. A napelemes távcsöveket ezért általában tornyokba telepítik, e turbulens réteg felett.

a meglévő napteleszkópok többsége szinoptikus eszköz, amelynek nyílásai néhány centimétertől mondjuk fél méterig terjednek. Ezen távcsövek közül több hálózatként szerveződik helioseismology mérések. Mások figyelemmel kísérik a naptevékenységet, és különböző hullámhossz-sávokban vagy magnetogramokban képeket szolgáltatnak a napkorongról. Ezek a távcsövek gyakran fontos háttérinformációkat szolgáltatnak a nagy felbontású vizsgálatokhoz, bár jelentőségük némileg csökkent, mivel a SOHO műhold napi teljes lemezképeket szolgáltat megszakítás nélkül. Az új teljes lemezes távcsövek szinoptikus adatokat kínálnak nagy sebességgel, a rövid életű jelenségek vizsgálatához.

a 0,5 méternél nagyobb nyílásokkal rendelkező távcsövek látómezője a napkorongnak csak egy kis részét teszi ki olyan képskálán, amely lehetővé teszi a diffrakciós korlátozott képalkotást a fókuszsíkon. A múltban, a legtöbb távcső a 0.Az 5-1 méteres osztály evakuálta a fényutakat annak érdekében, hogy elnyomja a levegő törésmutatójának inhomogenitásait, amelyeket a távcső belsejében a nap hőbevitele okozott. A következő generációs, 1,5-4 méteres nyílásokkal rendelkező napelemes távcsövekhez nyitott szerkezeteket terveznek, az elsődleges optika komplex hűtőrendszereivel, amelyek elkerülik a felmelegedést az abszorbeált napsugárzás miatt. Az optikai elemek nagyon alacsony hőtágulási anyagból készülnek, és ha lehetséges, magas hővezető képességgel rendelkeznek. Ez utóbbi tulajdonság leegyszerűsíti a hűtési folyamatot, és jelentősen lerövidíti a hőegyensúly eléréséhez szükséges időt.

a Nap légkörében megfigyelhető jelenségek közül sok élettartama csak néhány perc, és néhány másodpercen belül fontos változások történhetnek. A nagy felbontású napelemes távcsöveknek ezért elég magas fényszintet kell biztosítaniuk ahhoz, hogy kellően magas jel-zajszintet érjenek el. Ez a legfontosabb a (gyenge) mágneses mező méréséhez a nap fotoszférájában. A fontos kis méretű objektumok mérete 100 km vagy annál kisebb, és a feloldásukhoz legalább egy méteres nyílású távcsövekre van szükség. A következő generációs távcsövek körülbelül négy méteres nyílásokkal képesek lesznek magas fényszintet, rövid integrációs időt és jó térbeli felbontást elérni. Meg kell jegyezni, hogy a diffrakcióval korlátozott megfigyelések esetén a felbontásonkénti fényszint minden távcső esetében megegyezik. A megnövekedett fényszint érdekében ezért fel kell áldozni a térbeli vagy időbeli felbontást.

ebben a cikkben elsősorban a nagy felbontású távcsövek tulajdonságait és a megfelelő műszereket tárgyaljuk. Nem próbálunk teljes listát adni a meglévő távcsövekről, de csak nagyon kevés olyan távcsövet említünk, amelyek fontos építési elveket képviselnek, és amelyek adaptív optikai rendszereiknek köszönhetően tudományosan nagyon sikeresek.

legjobb helyek

a jó minőségű napenergia-megfigyelések alacsony helyi szintű és nagy magasságú turbulenciájú helyeket igényelnek. A légkörnek kevés vízgőzt és porszemcséket is tartalmaznia kell a szórt fény mennyiségének minimalizálása érdekében. A meglehetősen kis szigeteken található magas hegyekben található helyek bizonyultak a legjobb napenergia-helyeknek. Alacsony szintű helyi turbulencia érhető el a tóhelyeken is, ahol a közeli víz alacsonyan tartja a környezeti levegő hőmérsékleti ingadozásait, és gátolja a helyi turbulencia kialakulását. Az átfogó ATST solar site Site survey, vitathatatlanul a legtöbb tesztelés eddig, három kiváló helyet azonosít a szoláris megfigyelésekhez: Mees Solar Observatory Hawaii-on, Observatorio del Roque de los Muchachos La Palmán és Big Bear Solar Observatory Kaliforniában. Bizonyíték van arra, hogy az antarktiszi helyszínek, mint például a Concordia állomás A C kupolában, szintén kiváló nappali látással rendelkezhetnek. A jövőben a napteleszkópok helyszíneinek minőségét pontosabban jellemezheti a teleszkóp feletti légkör turbulenciarétegeinek száma és magassága. A több konjugált adaptív optikai rendszerek (lásd alább) képesek lesznek kijavítani az ilyen jól definiált rétegek által okozott képromlást.

meglévő távcsövek

jelenleg nagyszámú, 150 cm és körülbelül 10 cm közötti nyílású napteleszkóp működik szerte a világon (lásd pl. Landoldt-B Alternonkrnstein a napteleszkópok listáját). A kis rekesznyílású távcsövek közül sokat vagy a teljes lemez rutinszerű megfigyelésére használnak (a kromoszféra képei, a fotoszféra magnetogramjai), vagy hálózatokba szerveződnek helioseismikus mérések. A nagy rekesznyílású teleszkópok közül három jelenleg adaptív optikával van felszerelve, ezért alkalmasak a lehető legnagyobb térbeli felbontású megfigyelésekre, képalkotásra és spektroszkópiára. A Dunn Napteleszkóp (DST, Sunspot, NM, 1969), a német Vákuumtorony-távcső (VTT, Tenerife, 1987) és a svéd 1 méteres Napteleszkóp (SST, La Palma, 2002) számos közös tulajdonsággal rendelkezik, de fontos különbségek is vannak. Mindhárom távcső (i) toronyszerkezetek, a távcső bejárata magasan a föld felett, a helyi turbulencia réteg felett van, (ii) az elsődleges tükör vagy lencse hosszú fókusztávolsága van, hogy elkerülje a forró fókuszsíkot, (iii) használjon evakuált csöveket a fényúthoz, és (iv) kupola nélküliek vagy behúzható kupolával rendelkeznek. A DST és az SST rendelkezik magasság-azimut előtoló rendszerrel (“torony”), amely lehetővé teszi a teljes fényút vákuumban történő elérését, míg a VTT Coelostat rendszert használ. Az SST refraktor, 1 m-es lencsével, amely bejárati ablakként is működik.

következő generációs napteleszkópok

jelenleg három, az 1,5-2 méteres osztályba tartozó napteleszkóp készül vagy építés alatt áll, és kettőnek a következő egy-két évben működésbe kell lépnie. Ezek a távcsövek fontos tervezési változást jeleznek, mivel már nem támaszkodnak evakuált vagy héliummal töltött teleszkópcsövekre, hogy elkerüljék a turbulens levegőt a fényútban. Ezek egy közbenső lépést jelentenek a jelenleg elérhető távcsövek és a következő generációs 4 méteres távcsövek között. A 4 méteres nyílású napteleszkópok következő generációját két technikai áttörés tette lehetővé: adaptív optika a napteleszkópokhoz, valamint a léghűtéses, nyitott távcsövek megvalósíthatósága. A holland nyílt távcső (Dot) La Palmán a nyitott távcsövek új generációjának útkeresője volt.

a német GREGOR teleszkóp 1,50 m-es nyílással rendelkezik, és a tenerifei Observatorio del Teide-nél található. Ez egy nyitott távcső három tükörből álló Gregory konfigurációban, amelynek fókusztávolsága 50 m. Az elsődleges tükör Cesic-ből, magas hővezetésű szilícium-karbid anyagból készül, hátulról léghűtéses. A Big Bear Solar Observatory-ban az új napelemes távcső építés alatt áll. Ez egy nyitott tengelyen kívüli Gregory rendszer, 160 cm-es rekesznyílással és 88 m-es tényleges fókusztávolsággal. mindkét távcsövet magas rendű adaptív optikával látják el, és 2010 előtt működnek. Indiában elindítottak egy projektet egy 2 méteres távcső építésére a Himalájában, 5000 m tengerszint feletti magasságban.

az Egyesült Államokban a National Solar Observatory Advanced Technology Solar Telescope (ATST) projektje készen áll az építési szakaszba való belépésre. Az építési szakasz várhatóan 2009-ben kezdődik, az első fény pedig 2014-ben történhet meg. Az ATST egy 4 méteres, tengelyen kívüli távcső, amelyet a Haleakala-hegyen (3000 m) építenek Hawaii-on. A távcső kialakítása nagy érzékenységre, polarimetrikus pontosságra és alacsony szórt fényre van optimalizálva. Nyitott kialakításának köszönhetően a távcső 0,3-tól 35-ig terjedő hullámhossz-tartományt fed le.A COronal Solar Magnetism Observatory (COSMO), egy 1,5 méteres nyílású koronagraph, a Boulder-i High Altitude Observatory, valamint a Hawaii és Michigan Egyetem javasolta. A projekt a fázisú tanulmányai jelenleg folyamatban vannak. 2007 – ben az Európai Napteleszkóp Szövetség (EAST) kezdeményezte az Európai Napteleszkóp (EST) projektet. Az EST egy 4 méteres osztályú távcső, amelyet a Kanári-szigeteken építenek a második évtized vége felé. A 2008 és 2010 között végzett tervezési tanulmány során kidolgozzák az EST optomechanikai tervezését, valamint a helyi helyszín jellemzését. Az EST méri a Nap mágneses mezőjét a legnagyobb térbeli és spektrális felbontással a látható és közeli infravörös hullámhossz régióban.

Műszerezés

adaptív optika

a valós idejű adaptív optikai rendszerek legújabb fejlesztése a képmozgás mérésére és stabilizálására, valamint az alacsony és magas rendű képaberrációk kompenzálására nagy áttörést hozott a napenergia-megfigyelések térbeli felbontásában. A mai napig a 70-100 cm – es osztályú teleszkópok adaptív optikai rendszerekkel vannak felszerelve. Ezek a rendszerek akár 100 Hz-es sávszélességgel képesek korrigálni a légköri zavarokat, és képesek korrigálni a turbulens földi légkör és maga a műszer által okozott domináns aberrációs módokat. A korrigálható aberrációs módok száma a hullám elülső érzékelő alnyílásainak számával növekszik. A nagy rendű adaptív optika alnyílásainak tipikus mérete körülbelül 8 cm. Ez elég kicsi ahhoz, hogy figyelembe vegye a nappali légkör anizoplanatizmusát, de elég nagy ahhoz is, hogy megoldja a nap fotoszférikus granulációját. Az adaptív optikával korrigálható terület nagyon kicsi, csak néhány ívmásodperc átmérőjű. E korlátozás leküzdése érdekében a multi-konjugált adaptív optikai rendszerek jelenleg fejlesztés alatt állnak. Ezek a rendszerek több deformálható tükröt használnak a hullámfront deformációinak kijavítására, amelyek a távcső felett különböző magasságokban fordulnak elő.

az adaptív optika jelentősége és összetettsége a nap megfigyelése során a távcső nyílásának növekedésével gyorsan növekszik. A tervezett távcsövek elérhető térbeli felbontása az Egyesült Államokban. a 4 méteres nyílásokkal rendelkező Európa pedig kritikusan függ adaptív optikai rendszereik minőségétől. A magas rendű rendszerhez körülbelül 2000 alnyílással rendelkező hullámfrontos érzékelőkre lesz szükség-ez elég technikai kihívás. Szerencsére a számítási teljesítmény gyorsabban nőtt, mint a távcsövek mérete, ezért manapság ilyen magas rendű rendszerek elérhetők.

Filtergraphs

a nap legkisebb részleteinek megfigyelése a távcső diffrakciós határa közelében széles sávú képalkotókkal történik. Állhatnak a hullámhossz-sáv kiválasztására szolgáló szűrőből, valamint egy megfelelő digitális detektorból, például egy CCD kamerából. A magas fényszintnek köszönhetően néhány milliszekundum expozíciós idő elegendő. Ez lehetővé teszi a képek sorozatainak gyors sorrendben történő összegyűjtését, majd utána a legjobbak kiválasztását, vagy a teljes sorozat felhasználását a poszt-facto kép helyreállításához több képkockás vak dekonvolúción vagy pettyes interferometrián alapuló technikák alkalmazásával. Ezek a technikák lehetővé teszik a nap fotoszféra morfológiájának tanulmányozását, valamint a nagy és kis méretű objektumok fejlődését Másodperc, Perc vagy annál hosszabb időskálán. A kép helyreállítása nélkül a szűrőprogramok kiváló minőségű látómezőjét az adaptív optika korrigált mezője (izoplanatikus területe) korlátozza. A gyakorlatban azonban a rendelkezésre álló CCD-k teljes látómezője visszaállítható homogén minőségre.

spektroszkópiai eszközök

spektroszkópiai eszközökre van szükség fizikai paraméterek, például hőmérséklet, mágneses mező vagy áramlási sebesség eléréséhez. Ezek a mérések többdimenziósak: két térbeli dimenzió, hullámhossz és idő. Jelenleg az érzékelők egyszerre csak két dimenziót tudnak rögzíteni. Két különböző megoldás létezik a spektroszkópiai adatok megszerzésére: szűrőeszközök, amelyek rögzített hullámhosszon rögzítik a kétdimenziós képeket, és hosszú résű spektrográfok, amelyek egy térbeli dimenziót és egy bizonyos hullámhossztartományt rögzítenek. Mindkét típusú eszköz nyilvánvaló előnyökkel és hátrányokkal is rendelkezik, és a tudományos témától függ, melyiket részesíti előnyben. Néhány napmegfigyelő központ ezért mindkét eszközt biztosítja.

szűrő spektrométerek (majdnem) monokromatikus képeket rögzítenek. Hangolható keskeny sávú szűrőket használnak a hullámhossz kiválasztásához. A térbeli és hullámhossz-információkat különböző hullámhosszúságú monokromatikus képek sorozatával rögzítik. A hangolható szűrők lehetnek Lyot szűrők, vagy Fabry-P Enterprot interferométerek vagy Michelson interferométerek. Két vagy három hangolható, kiváló minőségű Fabry-P Enterprot kombinációjával 2,5 pm spektrális felbontást lehet elérni. A globális hangolási tartomány körülbelül 300 nm. A kis szabad spektrális tartomány miatt az egyes mérések spektrális lefedettsége 0,3 nm-re korlátozódik.A szűrőspektrométereket gyakran egy további széles sávú csatornával látják el, amely rögzített hullámhosszú sávban készít képeket, egyidejűleg a keskeny sávú képekkel. A széles sávú szekvenciákat ezután az adatok utólagos rekonstrukciójára használják. Egy tipikus adathalmaz, amelynek látómezője körülbelül egy ívperc négyzet és 15 hullámhossz pozíció egy spektrális vonalon, néhány másodperc alatt elkészíthető. Egy ilyen mérés térbeli felbontása a távcső méretétől és a detektor képskálájától függ. A spektrális vonal különböző részeit különböző időpontokban mérjük. A változó látás idején a vonalprofil alakja torzulhat. A fent említett nagyfelbontású napelemes távcsöveken számos Fabry-P Enterprot műszer áll rendelkezésre.

a hosszú résű rácsos spektrográfok pillanatnyi információt szolgáltatnak egy bizonyos hullámhossz-tartományról és egy térbeli dimenzióról (a rés mentén). A spektrális felbontás elsősorban a diffrakciós rács (megvilágított) területétől és a műszer fókusztávolságától függ. A kompakt spektrográfok felbontása 2,5 pm (felbontóképessége 250 000), hasonlóan a legjobb szűrőspektrométerekhez. A nagy rácsokkal és hosszú fókusztávolsággal rendelkező spektrográfok, mint a német vtt Echelle spektrográfja, elméleti felbontóképességük 1.000.000. A hasított spektrográfok egyszerre egy vagy több spektrális vonalat rögzítenek. Ez fontos a vonalprofilok alakjának vizsgálatához, mivel azokat nem torzítják a Föld légkörének lehetséges változásai. A kétdimenziós térbeli információkat úgy gyűjtik össze, hogy a napképet a résen keresztül mozgatják. Egy adott terület lefedéséhez szükséges idő a kívánt térbeli felbontástól, azaz a rés szélességétől és a lépcső méretétől függ. A nagy spektrumfelbontású és lefedettségű gyors kadenciák kis letapogatási területeken lehetségesek. A rácsos spektrográfok a hullámhossz nagy tartományát fedik le, jellemzően 380-2200 nanométer.

spektro-polarimétereket használnak a mágneses mező mérésére a Nap légkörében. Szűrőspektrométerek vagy hosszú résű spektrográfok kombinációjaként léteznek, megfelelő polarizációs modulációs komponensekkel. Mivel a nap polarizált fényének töredéke gyakran nagyon kicsi, a polarimetrikus mérések szükséges pontossága nagyon magas. A mágneses jelet a Stokes paraméterek mérésével kapjuk meg, amelyek információt szolgáltatnak a lineáris polarizáció teljes intenzitásáról, a kör alakú és a két ortogonális állapotról. A polarizációs modulációt forgó késleltető hullámlemezekkel vagy modern hangolható folyadékkristályos retarderekkel hajtják végre.Egyetlen mágneses mező méréséhez legalább négy különböző képre van szükség a polarizációs Modulátor különböző beállításainál. A változó látási feltételek hatásának minimalizálása érdekében ezeket a képeket gyors sorrendben kell elkészíteni. Ezenkívül a távcső polarizációs tulajdonságainak és magának a spektro-polariméternek a pontos kalibrálása szükséges az adatok nagy polarimetriás pontosságának garantálása érdekében. A legjobb eszközök pontossága 1 rész 10 000.

bibliográfia

• Aristidi, E. et al. 2005, helyszíni tesztelés nyáron a Dome C-ben, Antarktisz, a&a, 444, 651
• Brandt, P. és W, H. 1982, Joso napenergia-tesztelési kampánya a Kanári-szigeteken 1979 – ben, a& A, 109, 77
• Coulter, R. L. és Kuhn, J. R. 1994, RISE / PSPT mint kísérlet az aktív régió besugárzásának és fényességének evolúciójának tanulmányozására, ASP Conf. Ser., 68, 37
• Denker, C. et al. 2006, haladás az 1,6 méteres Új Napteleszkópon a Big Bear Solar Observatory-ban, Proc. SPIE, 6267, 62670a
• Harvey, J. W. et al. 1996, a globális oszcillációs hálózati csoport (GONG) projekt, tudomány, 533, 163
• Hill, F. et al. 2004, ATST Site Survey Working Group zárójelentés
• Keller, C. U., Harvey, J. W., and Giampapa, ms 2003, SOLIS: a szinoptikus eszközök innovatív csomagja, Proc. SPIE, 4853, 194
• Lawrence, J. S. et al. 2004, kivételes csillagászati látási viszonyok a C kupola felett az Antarktiszon, Természet, 431, 278
• Neidig, D. et al. 1998-ban az USAF továbbfejlesztette a Solar Observing Optical Network-t (ISOON) és annak hatását a Solar Synoptic Data Bases-re (ASP Conf). Ser., 140, 519
• Schmidt, W. 2001, Solar Telescopes and Instruments: Ground, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, szerkesztette: Paul Murdin, 1987. cikk. Bristol: Fizikai Intézet Kiadó, 2001. http://eaa.iop.org/abstract/0333750888/1987
• Tomczyk, S., Lin, H. és Zurbuchen, T. 2007, COSMO javaslat
• Volkmer, R. et al. 2006, az új 1,5 m Solar Telescope GREGOR: első fény és az Üzembe helyezés kezdete, Proc. SPIE, 6267, 62670w
• Wagner, J. et al. 2006, Advanced Technology Solar Telescope: Előrehaladási Jelentés, Proc. SPIE, 6267, 626709
• Verdoni, A. P. és Denker, C. 2007, a helyi látó környezet a Big Bear Solar Observatory-ban, PASP, 119, 793
• Zirin, H. és Mosher, J. 1988, a Caltech Solar Site Survey, 1965-1967, Sol. Phys., 115, 77

belső hivatkozások

• Olaf Sporns (2007) komplexitás. Scholarpedia, 2(10): 1623.
• Eugene M. Izhikevich (2007) Kinetika. Scholarpedia, 2(10): 2014.
• Hugh Hudson (2008) naptevékenység. Scholarpedia, 3(3): 3967.

Advanced Technology Solar Telescope
Holland Open Telescope
globális H-alfa hálózat
globális oszcillációs hálózat csoport
GREGOR Telescope
optikai Solar Patrol Network
precíziós Solar fotometriai teleszkóp
svéd Solar Telescope
szinoptikus optikai hosszú távú vizsgálatok a nap

obszervatóriumok

nagy medve nap obszervatórium
culgoora nap Obszervatórium
nagy magasságú Obszervatórium
Kiepenheuer-Institut f ons sonnenphysik
Learmonth nap Obszervatórium
Lomnicky Stit obszervatórium
Mauna Loa nap Obszervatórium Observatory
Mees Solar Observatory
Mount Wilson Observatory
National Solar Observatory
Observatorio del Roque de los Muchachos
Observatorio del Teide