[实用新型]太阳日冕3D重建模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳观测技术和物理实验教学领域，具体的说是一种结构合理、简单直观、便于课堂教学演示的太阳日冕3D重建模拟装置。

背景技术

日冕是太阳的外层大气, 厚度达到几百万公里以上，其温度有100万摄氏度，其发出的光比色球层的还要弱。日冕由很稀薄的完全电离的等离子体组成，其中主要是质子、高度电离的离子和高速的自由电子,形状随太阳活动大小而变化。日冕可分为内冕、中冕和外冕3层。内冕从色球顶部延伸到1.3倍太阳半径处，中冕从1.3倍太阳半径到2.3倍太阳半径，大于2.3倍太阳半径处称为外冕。

日冕携带了光球的很多信息，深入分析其演化和爆发过程对太阳物理研究至关重要，其中日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)是太阳表面最剧烈的大尺度爆发过程之一，同时CME是影响近地空间环境和驱动日地空间灾害性天气的最主要太阳爆发事件。特别是CME朝向地球传播时，它将对地球附近空间环境状态产生扰动，引起各种地球物理效应（如产生近地空间的地磁暴、电离层暴以及极光等现象）。

观测日冕和日冕物质抛射现象的仪器是日冕仪，其实际上就是一架安装了遮挡盘的太阳望远镜，遮挡盘的尺寸恰好遮挡住太阳圆盘，根据遮挡盘所在位置的不同可将日冕仪分为内掩式和外掩式两类。外掩式日冕仪，即在主镜的正前方加一外掩体，可成像的太阳直射光在镜筒前就被挡住了，这样可以有效减小日冕仪内部散射光的大小，使外掩式日冕仪能观测到光强很弱的外冕，但其缺点是外掩体引起的渐晕使其无法观测到内冕，一般外掩式日冕仪观测的内限约为两个太阳半径。

在过去的几十年中，对日冕的观测虽然已经取得了很多重大成果，但进一步的精细观测，尤其是如何获得日冕的3D空间结构仍很欠缺。而通过观测日冕立体结构可以得到日冕物质抛射的三维几何形态和磁拓扑结构，有助于研究CME 的产生及演化；通过伴随CME产生的日冕波动现象来判断 CME是磁驱动还是非磁驱动；研究CME相关的磁重联问题。2006年两颗STEREO双子卫星反射成功，其上各携带一组4架日冕观测载荷（一个为外掩式日冕仪）。每个STEREO卫星都像地球一样环绕太阳运行，其中一颗环绕太阳运行的速度比地球略快，另一颗略慢，速度差异意味着随着时间推移，两个卫星会逐渐形成一定的观察角，可同时对日冕进行观测。由两组日冕仪获得的日冕数据经过图像处理后可以重建日冕的3D结构。如何实现3D重建以及选择更优的算法提高3D结构重建精度，需要搭建模拟装置在实验室条件下进行深入研究。同时为向太阳物理和空间科学专业的学生讲授日冕及观测的相关知识，直观演示STEREO卫星工作模式和日冕3D重建，也需要研制新型的教学仪器。

发明内容

本实用新型旨在提供一种结构合理、简单直观、便于课堂教学演示的太阳日冕3D重建模拟装置。

为了达到上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种太阳日冕3D重建模拟装置，设有底板，其特征在于底板中部设有中心轴，中心轴外套有第一轴套和第二轴套，第一齿轮与第一轴套固定连接，第二齿轮与第二轴套固定连接，第一齿轮与底板上设有的第一步进电机输出轴上的齿轮三相啮合，第二齿轮与底板上设有的第二步进电机输出轴上的齿轮四相啮合，中心轴上端设有灯泡，灯泡上套有高透光度玻璃球罩，第一连接杆和第二连接杆分别与第一轴套和第二轴套相连接，第一连接杆和第二连接杆另一端分别与第一外掩式日冕仪和第二外掩式日冕仪相连，第一外掩式日冕仪和第二外掩式日冕仪分别与PC端相连。

本实用新型所述第一外掩式日冕仪和第二外掩式日冕仪均由支杆、摄像头、遮光片组成，支杆与连接杆相连接，支杆上端设有摄像头，摄像头正前方设有圆形遮光片，遮光片中心位于摄像头焦点正前方，以满足完全遮挡所述模拟太阳发光球面的成像关系。

本实用新型设有圆形基板，圆形基板经支架与底板相连接，支杆上端设有摄像头，支杆底端设有沿基板旋转的脚轮，使外掩式日冕仪可沿基板旋转。

本实用新型所述第一步进电机和第二步进电机分别与第一步进电机控制器和第二步进电机控制器相连，以方便控制第一外掩式日冕仪和第二外掩式日冕仪的转速。